專利名稱：一種多通道視頻傳輸系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于視頻傳輸技術領域，特別是多通道視頻傳輸技術領域，特別涉及一種多通道高清視頻傳輸系統(tǒng)及方法。
背景技術：
隨著高清視頻會議系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控存儲系統(tǒng)和有線高清電視播放系統(tǒng)等技術領域的發(fā)展，高清視頻已經深入到社會的每一個角落。卓越的高清圖像質量和顯示特性提升了客戶的視覺體驗，提供了更多的信息量。隨之而來的問題是存儲空間的劇增和傳輸帶寬的不足。以1080p@30Hz的高清視頻為例，每秒鐘需要傳輸的數據量高達177兆字節(jié)，而以千兆以太網為例，理論上每秒鐘傳輸的數據量也僅為125兆字節(jié)。因此高清視頻傳輸系統(tǒng)需要將視頻進行壓縮，然后進行傳輸。當前常見的高清視頻傳輸系統(tǒng)主要以IP網絡為傳輸通道，視頻以MPEG-2/MPEG-4 等國際標準進行編解碼。近年來，隨著新一代視頻編解碼標準H. 264/AVC的推出，其優(yōu)異的編碼效率，強大的容錯能力和網絡適應性，使其成為高清視頻傳輸系統(tǒng)中應用最多的編解碼標準。圖1為現有的高清視頻傳輸系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，原始視頻數據經過預處理后，經MPEG-4/H. 264/VC-1編碼器編碼，編碼后的數據由發(fā)送端發(fā)送到IP網絡。接收端將 IP網絡上的編碼視頻發(fā)送到解碼器，經MPEG-4/H. 264/VC-1解碼器解碼后顯示。H. 264編碼性能的改進是以增加復雜性為代價而獲得的，其復雜的幀內預測編碼和幀間預測編碼模式，對系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，同時也帶來了系統(tǒng)開發(fā)成本和維護成本的提高。特別是對于分辨率達到1920XlOSOp的高清視頻，一般的嵌入式處理器是無法勝任的。因此必須開發(fā)專用的硬件編解碼器或采用最先進的數字信號處理器。JPEG是一種針對圖像而廣泛使用的一種有損壓縮標準方法。JPEG主要用于存儲和傳輸圖像，其本身只有描述如何將一個圖像轉換為字節(jié)的數據流，并沒有說明字節(jié)如何在特定的存儲媒體封裝。JPEG主要的計算量體現在離散余弦變換(Discrete Cosine Transform, DCT)和量化上，計算量很小，壓縮比與解壓縮的圖像質量相關。由于高清視頻信號具有數據量大、實時性要求高的特點，同時常用的視頻編解碼標準實現過于復雜，提高了系統(tǒng)的成本和復雜度，成為制約高清視頻傳輸系統(tǒng)快速發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明旨在提供一種多通道視頻傳輸系統(tǒng)，解決視頻編解碼過于復雜和開發(fā)成本高的技術問題。(二)技術方案本發(fā)明提出一種多通道視頻傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括視頻源和視頻碼流發(fā)送裝置，所述接收端包括視頻碼流接收裝置，所述發(fā)送端還包括多通道 JPEG編碼器，用于對視頻碼流進行JPEG壓縮以生成編碼圖像序列；所述接收端還包括多通道JEPG解碼器，用于對視頻編碼圖像序列進行JPEG解壓縮以生成視頻碼流。所述多通道JPEG編碼器支持多路同時編碼，用于接收多路原始圖像序列，編碼后輸出多路編碼數據。所述多通道JPEG解碼器支持多路同時解碼，用于接收多路視頻編碼圖像序列，解碼后輸出多路視頻碼流。所述視頻碼流發(fā)送裝置用于將編碼圖像序列封裝成數據包并進行發(fā)送，封裝好的數據包包括原始視頻信息、編碼圖像序列、接收端識別號和錯誤校驗碼。所述視頻碼流接收裝置具有一個識別號，其用于根據所述接收端識別號和自身識別號是否一致來決定是否接收所述封裝好的數據包、抽取編碼圖像序列和原始視頻信息并進行錯誤校驗。所述發(fā)送端還包括發(fā)送端存儲器，用于存儲視頻編碼數據；發(fā)送端緩沖器，用于緩沖所述多通道JPEG編碼器的輸出數據，并將數據寫入到所述發(fā)送端存儲器。所述發(fā)送端緩沖器根據JPEG編碼生成的圖像索引生成對應發(fā)送端緩沖器的地址，待其中的數據超過一次突發(fā)長度后，讀出數據并寫入到發(fā)送端存儲器中。所述接收端還包括接收端存儲器，用于存儲解壓縮的視頻碼流；接收端緩沖器， 用于緩沖所述多通道JPEG解碼器的輸出數據，將數據寫入到所述接收端存儲器。所述接收端緩沖器用于根據圖像信息對存入的數據進行地址重排序，待其中緩沖的數據達到一定突發(fā)長度后，讀出圖像數據并寫入到接收端存儲器中。本發(fā)明同時提出一種多通道視頻傳輸方法，應用于多通道視頻傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括視頻源和視頻碼流發(fā)送裝置，所述接收端包括視頻碼流接收裝置，所述方法包括如下步驟所述發(fā)送端對視頻碼流進行JPEG壓縮以生成編碼圖像序列；所述接收端對視頻編碼圖像序列進行JPEG解壓縮以生成視頻碼流。所述JPEG壓縮步驟支持多路同時編碼，接收多路原始圖像序列，編碼后輸出多路編碼數據。所述JPEG解壓縮步驟支持多路同時解碼，用于接收多路視頻編碼圖像序列，解碼后輸出多路視頻碼流。所述視頻碼流發(fā)送裝置將編碼圖像序列封裝成數據包并進行發(fā)送，封裝好的數據包包括原始視頻信息、編碼圖像序列、接收端識別號和錯誤校驗碼。所述視頻碼流接收裝置具有一個識別號，其用于根據所述接收端識別號和自身識別號是否一致來決定是否接收所述封裝好的數據包、抽取編碼圖像序列和原始視頻信息并進行錯誤校驗。所述方法還包括在發(fā)送端緩沖所述JPEG壓縮的輸出數據，并將數據寫入到所述發(fā)送端的一存儲器中。所述緩沖步驟根據JPEG編碼生成的圖像索引生成對應地址，待數據超過一次突發(fā)長度后，讀出數據并寫入到所述發(fā)送端的一存儲器中。所述方法還包括在接收端緩沖所述JPEG解壓縮的輸出數據，將數據寫入到所述接收端的一存儲器中。
所述緩沖步驟根據圖像信息對存入的數據進行地址重排序，待緩沖的數據達到一定突發(fā)長度后，讀出圖像數據并寫入到所述接收端的一存儲器中。(三)有益效果易實現、易維護的特點。本發(fā)明能夠充分利用JPEG的并行性和低復雜度來對視頻進行壓縮，使基于IP網絡的傳輸帶寬可以滿足視頻的實時性要求。從而實現多通道視頻在網絡帶寬資源有限的情況下，以較低的系統(tǒng)開發(fā)成本實現視頻的最優(yōu)化傳輸效果。


圖1為現有的視頻傳輸系統(tǒng)的示意圖；圖2為本發(fā)明的多通道視頻傳輸系統(tǒng)的一個具體實施例的示意圖；圖3為本發(fā)明的多通道視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端運行流程圖；圖4為本發(fā)明的多通道視頻傳輸系統(tǒng)的接收端運行流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明提供了一種新的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，可以實現分辨率為1920X IOSOi或 1920X IOSOp高清視頻的多通道傳輸。該系統(tǒng)可以滿足實時高清視頻的傳送要求，相對于常用的H. 264/AVC和MPEG-4等壓縮傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低成本和系統(tǒng)開發(fā)復雜度低的特
點ο本發(fā)明的多通道視頻傳輸系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端。發(fā)送端包括視頻源，提供原始視頻；視頻預處理裝置，用于完成對視頻源的預處理；多通道JPEG編碼器，用于對視頻的壓縮；發(fā)送端緩沖器，用于緩沖編碼器的輸出數據， 將數據寫入到發(fā)送端存儲器；發(fā)送端存儲器，用于存儲視頻編碼數據；視頻碼流發(fā)送裝置， 用于對視頻編碼數據進行打包發(fā)送。接收端包括視頻碼流接收裝置，用于完成將IP網絡的數據包進行數據抽??；多通道JPEG解碼器，用于完成視頻編碼數據的解壓縮以生成視頻碼流；接收端緩沖器，用于緩沖解碼器的輸出數據，將數據寫入到接收端存儲器；接收端存儲器，用于存儲視頻解碼數據；顯示裝置，用于顯示控制。視頻源通過視頻連接口與視頻預處理裝置相連；視頻碼流發(fā)送裝置和視頻碼流接收裝置通過IP網絡互聯(lián)；顯示裝置通過視頻連接線與多個終端顯示設備相連。所述視頻源為未壓縮視頻源，它可以來自視頻采集卡、數碼攝像機、或者其它具有視頻輸出功能的設備。視頻源與系統(tǒng)發(fā)送端可以通過視頻專用連接線纜連接，也可以通過1394等通用接口連接。所述視頻預處理裝置，完成對來自視頻源原始視頻進行簡單的預處理操作，將視頻流分解為連續(xù)的圖像序列，并提取視頻的時序信息，視頻預處理裝置可以將原始視頻分解為YUV序列，但本發(fā)明并不限于此，也可以分解成RGB序列或其它圖像序列；所述多通道JPEG編碼器，用于實現對原始視頻源的JPEG壓縮生成編碼圖像序列，多通道JPEG編碼器支持多路同時編碼，可以接收多路原始圖像序列，編碼后輸出多路編碼數據。編碼器的實現可以是軟核形式的實現，也可以是芯片形式的實現；所述發(fā)送端緩沖器，用于暫存編碼器的編碼數據，對壓縮數據進行重排序，寫入到發(fā)送端存儲器中。發(fā)送端緩沖器的實現可以是雙端口 RAM (Random Acess Memory隨機訪問存儲器)，也可以是單端口 RAM。所述發(fā)送端存儲器，可以是DDR3SDRAM，也可以是DDR2SDRAM等其它類型的高速存儲器，用于存儲發(fā)送端緩沖器輸出的JPEG編碼數據。所述視頻碼流發(fā)送裝置，用于實現讀取發(fā)送端存儲器中的壓縮數據(編碼圖像序列)，即可以從DDR3SDRAM中讀取數據信息，將壓縮數據進行數據包封裝，封裝的數據包包括原始的視頻信息，編碼圖像序列，接收端識別號和錯誤校驗碼等。以網絡數據包的形式發(fā)送到IP網絡上。IP網絡包括有限IP網絡和/或無線IP網絡。所述視頻碼流接收裝置，具有一個識別號，用于接收IP網絡的數據包，抽取壓縮數據，將數據寫入所述接收端存儲器。視頻碼流接收裝置實現的功能包括根據接收端識別號和自身識別號是否一致來決定是否接收IP網絡中的網絡數據包；抽取壓縮數據；抽取原始視頻信息(幀率，行掃描格式等)，進行錯誤校驗等；所述多通道JPEG解碼器，用于實現對壓縮數據的JPEG解壓縮，多通道JPEG解碼器支持多路同時解碼以生成視頻碼流，其可以接收多路壓縮數據，解碼后輸出多路解壓縮數據(視頻碼流)。多通道JPEG解碼器可以生成原始的YUV圖像序列，但本發(fā)明并不限于此，也可以是RGB序列或其它圖像序列。解碼器的實現可以是軟核形式的實現，也可以是芯片形式的實現；所述接收端緩沖器，用于暫存JPEG解碼器的輸出數據，對數據進行重排序，寫入到接收端存儲器中。發(fā)送端緩沖器的實現可以是雙端口 RAM (Random Acess Memory隨機訪問存儲器)，也可以是單端口 RAM。所述接收端存儲器，可以是DDR3SDRAM，也可以是DDR2SDRAM等其它類型的高速存儲器，用于存儲接收端緩沖器輸出的JPEG解碼后的數據。所述顯示裝置，用于讀取存儲器中的圖像，實現多終端顯示設備的時序及內容的控制。圖2為本發(fā)明的多通道視頻傳輸系統(tǒng)的一個具體實施例，該多通道視頻傳輸系統(tǒng)包括視頻發(fā)送端系統(tǒng)和視頻接收端系統(tǒng)兩部分。視頻發(fā)送端包括視頻預處理裝置、多通道 JPEG編碼器、雙端口 RAM緩沖器、DDR3SDRAM和視頻碼流發(fā)送裝置；視頻接收端包括視頻碼流接收裝置、多通道JPEG解碼器、雙端口 RAM緩沖器、DDR3SDRAM和顯示裝置。本實施例中，視頻源通過視頻連接線與發(fā)送端相連，連接線可以是HDMI、DVI或 SDI等傳輸線；發(fā)送端和接收端通過IP網絡實現互聯(lián)，其中發(fā)送端通過視頻碼流發(fā)送端與 IP網絡相連，接收端通過視頻碼流接收端與IP網絡相連；顯示裝置通過連接線與多個終端顯示設備相連，連接線可以是HDMI、DVI或SDI等傳輸線。圖3所述的視頻發(fā)送端系統(tǒng)運行過程如下1)啟動視頻發(fā)送端系統(tǒng)，連接視頻源。如果視頻來自視頻采集卡，則需啟動視頻采集卡，并將視頻采集卡連接到視頻發(fā)送端系統(tǒng)；如果視頻來自個人電腦或其它存儲設備，則將個人電腦或其他存儲設備與視頻發(fā)送端系統(tǒng)連接。
2)原始視頻首先經過預處理，生成圖像序列(如YUV序列)。3)預處理的輸出圖像序列發(fā)送到多通道JPEG編碼器，經JPEG編碼生成壓縮圖像， 并輸出到雙端口 RAM緩沖器。4)雙端口 RAM緩沖根據JPEG編碼生成的圖像索引生成對應雙端口 RAM緩沖器的地址，待雙端口 RAM中的數據超過一次突發(fā)長度后，讀出數據并寫入到DDR3SDRAM中。由于 DDR3SDRAM的讀寫特性，重新發(fā)起一次突發(fā)傳輸操作會有時間的浪費，因此雙端口 RAM緩沖器需等待緩沖的數據數目超過圖像的一行后，再寫入到DDR3SDRAM中。5)DDR3SDRAM暫存編碼的圖像數據，存儲的數據包括JPEG圖像信息，原始視頻的幀率和行掃描格式等。6)視頻碼流發(fā)送裝置從DDR3SDRAM中讀取數據，并將數據進行網絡數據包的封裝。根據系統(tǒng)的配置信息，將網絡數據包發(fā)送到IP網絡。圖4所述的視頻接收端系統(tǒng)運行過程如下1)系統(tǒng)啟動后，視頻碼流接收裝置從IP網絡中接收網絡數據包，從數據包中提取數據(壓縮的JPEG圖像序列)以及視頻的幀率和行掃描格式等信息。將JPEG圖像序列與視頻的幀率和行掃描格式等一起發(fā)送到多通道JPEG解碼器。2)多通道JPEG解碼器可以并行接收多路壓縮圖像，并生成多路圖像序列(YUV序列)，根據像素索引生成圖像像素的存儲地址，寫入到雙端口 RAM緩沖器的對應空間。3)雙端口 RAM緩沖器根據圖像信息對存入的數據進行地址重排序，待雙端口 RAM 緩沖器中緩沖的數據達到一定突發(fā)長度后，讀出圖像數據，以一次突發(fā)操作完成DDR3SDRAM 的寫入操作。4)DDR3SDRAM暫存解碼后的圖像數據，存儲的數據包括每一幀圖像信息，視頻的幀率和行掃描格式等信息。5)顯示裝置讀取DDR3SDRAM中的視頻幀率和行掃描格式等信息，并生成相應的顯示時序。根據顯示時序讀取DDR3SDRAM中的數據，并發(fā)送到終端顯示設備上。顯示裝置可以根據應用需求，實現大分辨率圖像的分屏顯示(如電視墻)，或多通道同時顯示(如視頻監(jiān)控系統(tǒng))。在基于本發(fā)明的圖2所示的實施例中，視頻預處理裝置，多通道JPEG編碼器， 多通道JPEG解碼器，雙端口 RAM緩沖器，視頻碼流發(fā)送裝置和顯示裝置工作在125MHz， DDR3SDRAM工作在400MHz。本發(fā)明在現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)開發(fā)平臺上經過驗證，能夠滿足雙通道1920 X 1080i和1920 X 1080p高清視頻的實時編解碼和實時顯示。以上雖然描述了本發(fā)明可以應用于高清視頻傳輸，但是，本發(fā)明的技術方案同樣可以應用于標清視頻的傳輸。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多通道視頻傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括視頻源和視頻碼流發(fā)送裝置，所述接收端包括視頻碼流接收裝置，其特征在于所述發(fā)送端還包括多通道JPEG編碼器，用于對視頻碼流進行JPEG壓縮以生成編碼圖像序列；所述接收端還包括多通道JEPG解碼器，用于對視頻編碼圖像序列進行JPEG解壓縮以生成視頻碼流。
2.如權利要求1所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道JPEG編碼器支持多路同時編碼，用于接收多路原始圖像序列，編碼后輸出多路編碼數據。
3.如權利要求1所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道JPEG解碼器支持多路同時解碼，用于接收多路視頻編碼圖像序列，解碼后輸出多路視頻碼流。
4.如權利要求1所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻碼流發(fā)送裝置用于將編碼圖像序列封裝成數據包并進行發(fā)送，封裝好的數據包包括原始視頻信息、編碼圖像序列、接收端識別號和錯誤校驗碼。
5.如權利要求4所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻碼流接收裝置具有一個識別號，其用于根據所述接收端識別號和自身識別號是否一致來決定是否接收所述封裝好的數據包、抽取編碼圖像序列和原始視頻信息并進行錯誤校驗。
6.如權利要求1所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端還包括發(fā)送端存儲器，用于存儲視頻編碼數據；發(fā)送端緩沖器，用于緩沖所述多通道JPEG編碼器的輸出數據，并將數據寫入到所述發(fā)送端存儲器。
7.如權利要求6所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端緩沖器根據 JPEG編碼生成的圖像索引生成對應發(fā)送端緩沖器的地址，待其中的數據超過一次突發(fā)長度后，讀出數據并寫入到發(fā)送端存儲器中。
8.如權利要求1所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述接收端還包括接收端存儲器，用于存儲解壓縮的視頻碼流；接收端緩沖器，用于緩沖所述多通道JPEG解碼器的輸出數據，將數據寫入到所述接收端存儲器。
9.如權利要求8所述的多通道視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述接收端緩沖器用于根據圖像信息對存入的數據進行地址重排序，待其中緩沖的數據達到一定突發(fā)長度后，讀出圖像數據并寫入到接收端存儲器中。
10.一種多通道視頻傳輸方法，應用于多通道視頻傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括視頻源和視頻碼流發(fā)送裝置，所述接收端包括視頻碼流接收裝置，其特征在于，所述方法包括如下步驟所述發(fā)送端對視頻碼流進行JPEG壓縮以生成編碼圖像序列；所述接收端對視頻編碼圖像序列進行JPEG解壓縮以生成視頻碼流。
11.如權利要求10所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述JPEG壓縮步驟支持多路同時編碼，接收多路原始圖像序列，編碼后輸出多路編碼數據。
12.如權利要求10所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述JPEG解壓縮步驟支持多路同時解碼，用于接收多路視頻編碼圖像序列，解碼后輸出多路視頻碼流。
13.如權利要求10所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述視頻碼流發(fā)送裝置將編碼圖像序列封裝成數據包并進行發(fā)送，封裝好的數據包包括原始視頻信息、編碼圖像序列、接收端識別號和錯誤校驗碼。
14.如權利要求13所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述視頻碼流接收裝置具有一個識別號，其用于根據所述接收端識別號和自身識別號是否一致來決定是否接收所述封裝好的數據包、抽取編碼圖像序列和原始視頻信息并進行錯誤校驗。
15.如權利要求10所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括在發(fā)送端緩沖所述JPEG壓縮的輸出數據，并將數據寫入到所述發(fā)送端的一存儲器中。
16.如權利要求15所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述緩沖步驟根據JPEG 編碼生成的圖像索引生成對應地址，待數據超過一次突發(fā)長度后，讀出數據并寫入到所述發(fā)送端的一存儲器中。
17.如權利要求10所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括在接收端緩沖所述JPEG解壓縮的輸出數據，將數據寫入到所述接收端的一存儲器中。
18.如權利要求17所述的多通道視頻傳輸方法，其特征在于，所述緩沖步驟根據圖像信息對存入的數據進行地址重排序，待緩沖的數據達到一定突發(fā)長度后，讀出圖像數據并寫入到所述接收端的一存儲器中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道視頻傳輸系統(tǒng)及方法，其中該系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括視頻源和視頻碼流發(fā)送裝置，所述接收端包括視頻碼流接收裝置。本發(fā)明的所述發(fā)送端還包括多通道JPEG編碼器，用于對視頻碼流進行JPEG壓縮以生成編碼圖像序列；所述接收端還包括多通道JEPG解碼器，用于對視頻編碼圖像序列進行JPEG解壓縮以生成視頻碼流。本發(fā)明能夠充分利用JPEG的并行性和低復雜度來對高清視頻進行壓縮，使基于IP網絡的傳輸帶寬可以滿足高清視頻的實時性要求，從而實現多通道高清視頻在網絡帶寬資源有限的情況下，以較低的系統(tǒng)開發(fā)成本實現視頻的最優(yōu)化傳輸效果。
文檔編號H04N7/18GK102404578SQ20111043323
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2011年12月21日
發(fā)明者倪素萍, 張森, 杜學亮, 林嘯, 蒿杰, 郭若杉 申請人:中國科學院自動化研究所