CN100592784C - 移动通信系统的数字视频信号处理装置及方法 - Google Patents

移动通信系统的数字视频信号处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

用于在移动通信系统内提供视频会议服务的数字视频信号处理装置包括：多个移动终端，各有一摄像机；以及MCU(多点控制单元)，用于混合从视频会议终端接收到的视频信号以产生合成信号，并且用于把合成信号发送到各个终端。

Description

移动通信系统的数字视频信号处理装置及方法
(1)技术领域
本发明涉及视频信号处理，尤其涉及用于处理视频会议期间在多个用户间发送的视频信号的系统和方法。
(2)背景技术
已经通过移动通信终端提供了各种多媒体服务，最近用户对视频通信服务感兴趣。
第一代视频通信服务提供了点到点的服务。最近，研究致力于提供基于第一代视频通信服务的多点视频通信服务。为了提供多点视频通信服务，必需有效地处理来自多个用户的视频信号。
视频会议是多点视频通信服务的代表示例。在视频会议系统中，多个参与者通过他们的终端交换图像和语音。
图1是说明一般多点视频会议系统的框图，其中有四个参与者。系统包括：多个视频会议终端10，它们各有一摄像机10a；以及MCU(多点控制单元)20，用于处理/转换来自各个视频会议终端10的视频信号，然后根据各个信号产生新的视频信号。
MCU根据H.32x终端标准维持并管理多点视频会议。这包括以适于各个视频会议终端的分辨率为各个视频会议终端产生并发射新的视频信号。为了执行这些功能，MCU 20包括视频信号处理单元(未示出)，用于把从各个视频会议终端发出的视频信号转换成适于视频会议的视频信号格式。图1中，虚线表示从终端发射到MCU的已编码视频信号，而实线表示从MCU发射到终端的再编码视频信号。
图2是按照相关技术由MCU执行的视频信号处理操作的框图。如图所示，MCU包括解码单元21、向下定标单元22、再编码单元23以及混合器24。解码单元把从多个视频会议终端接收到的视频信号解码成DCT(离散余弦变换)信号或像素单位。向下定标单元降低了从解码单元输出的已解码信号的分辨率。再编码单元对从向下定标单元22输出的各视频信号进行再编码。而且，混合器混合通过再编码单元编码的视频信号，并将其发送到视频会议终端。
参照图3，解码单元21包括：反向VLC(可变长度编码)单元21a，用于对从视频会议终端发出的已编码视频信号进行反向VLC；反向DCT(离散余弦变换)单元21b，用于对反向VLC单元21b的输出信号进行反向DCT；以及反向量化单元21c，用于对反向DCT单元21b的输出信号进行反量化。反向DCT单元21b的输出信号通过反向量化单元21c按像素单位输出。
向下定标单元22把从解码单元21输出的视频信号的分辨率降低为1/2，1/4，…，1/2n，其中n是不小于1的自然数。
再编码单元23包括：量化单元23a，用于对向下定标单元22的输出信号进行量化；DCT单元23b，用于对量化单元23a的输出信号进行离散余弦变换；以及VLC单元23c，用于对DCT单元23b的输出信号进行可变长度编码。
现在将讨论相关技术MCU的操作。起初，把从各视频会议终端输入到解码单元21的多个视频信号解码成DCT域或像素域。对向下定标单元22内解码单元21的每个输出信号都应用分辨率降低算法，并且在再编码单元23内对每个输出信号进行再编码。混合从再编码单元23输出的视频信号，所产生的信号被发送到视频会议终端。在执行DCT域处理时，被发送到解码单元21的各视频信号通过反向DCT单元21b。在执行像素域处理时，解码单元21所接收到的各视频信号通过反向量化单元21c。
通过反向DCT单元21a和反向量化单元21b的视频信号解码过程、以及通过量化单元23a和DCT单元23b的视频信号编码过程都包括损耗编码特征。在上述相关技术MCU中，通过为视频信号处理连续地应用有损耗编码特征的解码和编码，图像质量会被损坏。
此外，在相关技术MCU中，通过连续地经过反向DCT单元、反向量化单元、量化单元和DCT单元而处理视频信号，会延迟视频信号处理时间。更具体地说，由于仅由MCU执行视频信号处理，因此执行视频信号处理所需的时间可能延迟，而经处理的视频信号的图像质量可能损坏。
(3)发明内容
本发明一目的在于克服上述相关技术的一个或多个问题。
本发明另一目的在于提供更有效处理数字视频信号的系统和方法，目的在于为多个终端提供多点视频会议服务。
本发明另一目的是在移动通信系统内实现上述系统和方法，其中会议终端包括一个或多个移动通信终端。
为了实现这些及其它目的和优点，本发明在一实施例中提供了一种移动通信系统的数字视频信号处理装置，它包括：多个视频会议终端，各有一摄像机；以及MCU(多点控制单元)，用于混合从视频会议终端接收到的视频信号，并把混合信号发送到各个视频会议终端。
按照本发明另一实施例的移动通信系统的数字视频信号处理装置包括：转换器，用于把通过摄像机接收到的视频信号转换成数字视频信号；向下定标单元，用于降低数字视频信号的分辨率；编码单元，用于压缩向下定标单元的输出信号并通过发射单元将其发送；反向VLC单元，用于通过反向可变长度编码对接收到的视频信号进行解码；地址设定单元，用于设定从反向VLC单元输出的视频信号的宏块地址；VLC单元，用于通过可变长度编码压缩地址已设定的视频信号；以及混合器，用于通过混合多个视频信号而输出最终图像。
按照本发明另一实施例的移动通信系统的数字视频信号处理方法包括：降低由摄像机摄取的视频信号的分辨率并将其发送到MCU(多点控制单元)；以及把通过混合/排列接收到的视频信号而获得的最终图像发送到各个视频会议终端。
按照本发明另一实施例的移动通信系统的数字视频信号处理方法包括：把通过摄像机接收到的视频信号转换成数字视频信号格式；降低数字视频信号的分辨率；压缩分辨率降低的视频信号并将其发送到MCU(多点控制单元)；通过MCU的反向可变长度编码对每个视频信号进行解码；设定已解码视频信号的宏块地址；通过可变长度编码对每个视频信号进行编码；以及混合经编码的各视频信号并将其发送到视频会议终端。
(4)附图说明
图1是说明多点视频会议系统一般配置的框图；
图2是说明按照相关技术的系统的MCU(多点控制单元)结构的框图；
图3是说明图2中MCU详细结构的框图；
图4是说明按照本发明实施例的视频会议终端的框图；
图5是说明按照本发明的MCU(多点控制单元)一种可能结构的框图；
图6说明了按照本发明在MCU的地址设定单元内处理的宏块的位置；
图7是示出按照本发明实施例包括在移动通信系统的数字视频信号处理方法内步骤的流程图；以及
图8示出按照本发明的系统和方法、可以通过混合分辨率降低的视频信号而获得的最终图像示例。
(5)具体实施方式
按照本发明一实施例的移动通信系统的数字视频信号处理装置包括：多个视频会议终端，各有一摄像机；以及MCU(多点控制单元)，用于产生通过混合来自视频会议终端的视频信号所获得的新视频信号，并且把新视频信号发送到各个视频会议终端。在按照本发明的MCU内，不像相关技术那样在MCU内进行向下定标过程。而是在各个视频会议终端内执行向下定标过程。
图4是按照本发明的视频会议终端的框图。该终端包括一转换器110，用于把通过摄像机输入的一个或多个视频会议参与者的图像转换成用于数字视频信号处理的格式。向下定标单元120降低了从转换器110输出的视频信号的分辨率，编码单元130按照预定的视频标准对从向下定标单元120输出的视频信号进行编码，此类标准比如但不限于MPEG-4标准。发射单元140把从编码单元130输出的视频信号发送到MCU。
通过摄像机接收到的图像可能是RGB(红—绿—蓝)格式的VGA(视频图形阵)信号。该信号通过转换器110被转换成YCbCr格式的VGA信号。这里，YCbCr格式是用于对RGB格式视频信号进行数字视频信号处理的格式，其中Y表示亮度信号，而Cb和Cr表示色差信号。
向下定标单元120把从转换器110输出的YCbCr格式VGA信号的分辨率降低为具有降低了的分辨率的QVGA(四分之一VGA)信号的YCbCr格式。从向下定标单元120输出的QVGA信号在通过编码单元130后，由单元140发送到MCU。向下定标单元120可以按照多种技术中的任一种来降低视频信号的分辨率，包括但不限于应用次采样方法或下采样方法。
图5是说明按照本发明的MCU实施例的框图。MCU包括：反向VLC单元210，用于为从视频会议终端接收到的相应视频信号进行反向可变长度编码；地址设定单元220，用于为从反向VLC单元210输出的相应信号指定宏块地址；以及VLC单元230，用于对从地址设定单元220输出的相应视频信号进行可变长度编码。混合器240根据域排列混合来自VLC单元230的视频信号。
MCU最好仅混合从视频会议终端接收到的分辨率降低的视频信号，并把混合信号发送到各个视频会议终端。由于可能在VLC区域内进行混合过程，因此无须进行像素域或DCT域的解码。因而，本发明的MCU可能仅包括用于进行无损编码过程的反向VLC单元210和VLC单元230。
地址设定单元220通过考虑从各视频会议终端发出的图像要被排列在最终视频图像内的哪个位置来设定宏块地址。MB_addr_increment字段最好存在于MPEG标准句法中，并且通过不对现有宏块绝对地址编码而是对与前一宏块地址(不同)的差异值编码，从而降低编码数量。
图6说明了按照本发明在地址设定单元内处理的宏块的示例性位置，其中有四个视频会议参与者。如图所示，最终图像包括四个参与者中每一个的图像。为了降低编码数量，仅为每片左边的宏块地址应用MB_addr_adjust块，并且在剩余块内编码地址差异值，从而设定绝对地址。因而可以降低计算复杂度。这里，MB_addr_adjust块在考虑MCU内混合的最终视频图像时指定宏块的绝对地址。
更具体地说，未对分别位于四个图像左边的所有宏块地址应用MB_addr_adjust块。而是仅为存在于最终图像左边的宏块地址应用MB_addr_adjust块。在存在于最终图像右边的宏块地址中，与前一宏块(不同)的差异值被编码—显示为MB_addr_increment字段。
图7是示出按照本发明实施例、包括在移动通信系统的数字视频信号处理方法内的步骤的流程图。该方法包括：各视频会议终端降低通过摄像机接收到的视频信号的分辨率，并把分辨率降低的视频信号发送到MCU。然后，MCU混合从各终端接收到的分辨率降低的视频信号以产生最终合成图像，然后把最终图像发送到各视频会议终端。下面详细描述了该方法。
首先，以实时从位于视频会议终端内或与之耦合的摄像机输入视频信号，如步骤S1所示。视频信号在转换器110内被转换成用于数字信号处理的信号，如步骤S2所示。更具体地说，转换器110把输入的RGB格式VGA信号转换成YCbCr格式VGA信号。
然后在向下定标单元120内降低从转换器110输出的YCbCr格式VGA信号的分辨率，最好输出为YCbCr格式QVGA信号，如步骤S3所示。分辨率降低的数字视频信号可以通过如MPEG-4编码过程被压缩，如步骤S4所示。然后，经压缩的视频信号被发送到MCU，如步骤S5所示。
在MCU内，从各视频会议终端发出的视频信号经反向可变长度编码，如步骤S6所示。然后，按照最终图像内的排列区域(即，对应于视频图像的图像出现的位置)确定从反向VLC单元210输出的视频信号的宏块地址，如步骤S7所示。下面将详细讨论在地址设定单元220内设定视频信号的宏块地址的步骤。
通过考虑从四个视频会议终端发出的各图像的排列位置，仅为每片左边的宏块指定绝对地址。为除左边宏块以外的剩余宏块设定地址增加值。因而，通过不为所有宏块编码而是仅编码地址增加值，可以减少指定宏块地址所需的计算过程和数据量。
地址设定单元220的输出信号在VLC单元230内经可变长度编码，如步骤S8所示。然后，来自VLC单元230的信号输出在混合器240内被混合，如步骤S9所示，从混合器输出的最终合成图像被发送到各视频会议终端，如步骤S10所示。这里，从混合器240输出的视频信号形成由四幅图像组成的一幅最终图像。
图8示出以上述方法通过混合从四个终端接收到的分辨率降低的视频信号所获得的最终图像的一例。
在本发明的数字视频信号处理装置和方法中，视频信号通过按照无损编码过程的反向VLC单元并且通过VLC单元连续地被处理。有了该排列后，可能防止图像质量损坏。
此外，通过地址设定单元和VLC单元，可能降低视频信号处理时间以及MCU的计算复杂度，从而可以改进信号处理效率。
更具体地说，相比相关技术，用本发明可以在多点视频会议系统中实现有较高图像质量和较低延时的视频信号。

Claims (7)

1.一种移动通信系统的数字视频信号处理系统，包括：
转换器，用于把通过摄像机接收到的视频信号转换成数字视频信号；
向下定标单元，用于降低数字视频信号的分辨率；
编码单元，用于压缩向下定标单元的输出信号；
发射器，用于发送分辨率降低的已压缩视频信号；
反向VLC单元，用于通过反向可变长度编码对所发射的分辨率降低的已压缩视频信号、以及其它所发射的分辨率降低的已压缩视频信号进行解码；
地址设定单元，用于为来自反向VLC单元的各视频信号输出设定宏块地址；
VLC单元，用于通过可变长度编码对从地址设定单元输出的地址已设定的视频信号进行压缩；以及
混合器，用于混合从VLC单元输出的已压缩视频信号以形成最终图像，
其中，所述地址设定单元仅为最终图像中包括的各已压缩视频信号的预定宏块列设定绝对地址；
所述地址设定单元为对应于最终图像内各已压缩视频信号的剩余宏块，除了预定位置处的宏块，对与前一宏块的地址差异值进行编码。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字视频信号是YCbCr格式视频信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述编码单元用MPEG-4方法实现运动图像压缩。
4.一种移动通信系统的数字视频信号处理方法，包括：
降低来自摄像机的视频信号的分辨率；
把分辨率降低的视频信号发送到多点控制器；以及
从控制器接收一合成图像，所述合成图像由被发射到多点控制器的分辨率降低的视频信号以及至少一个其它分辨率降低的视频信号而形成，其中合成图像通过以下步骤产生：
对分辨率降低的视频信号进行反向编码；
为从反向编码步骤输出的各视频信号设定一位置；
对地址已设定的视频信号进行编码；以及
混合经可变长度编码的信号以形成合成图像，
其中，所述位置设定步骤包括：
为从反向编码步骤输出的各视频信号设定一排列区域；
为与从反向编码步骤输出的各视频信号对应的宏块设定绝对地址，所述宏块地址对应于合成图像内的预定位置；以及
对除预定位置处宏块之外的各视频信号的剩余宏块的地址进行编码，作为与前一宏块的差异值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分辨率降低步骤包括：
把来自摄像机的视频信号转换成预定格式的数字视频信号；以及
通过进行运动图像压缩而降低视频信号的分辨率，所述压缩的分辨率降低的视频信号在发射步骤内被发送。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定格式是YCbCr格式。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述运动图像压缩是按照MPEG-4标准进行的。
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