CN102404578A - 一种多通道视频传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道视频传输系统及方法，其中该系统包括发送端和接收端，所述发送端包括视频源和视频码流发送装置，所述接收端包括视频码流接收装置。本发明的所述发送端还包括多通道JPEG编码器，用于对视频码流进行JPEG压缩以生成编码图像序列；所述接收端还包括多通道JEPG解码器，用于对视频编码图像序列进行JPEG解压缩以生成视频码流。本发明能够充分利用JPEG的并行性和低复杂度来对高清视频进行压缩，使基于IP网络的传输带宽可以满足高清视频的实时性要求，从而实现多通道高清视频在网络带宽资源有限的情况下，以较低的系统开发成本实现视频的最优化传输效果。
Description
技术领域
本发明属于视频传输技术领域，特别是多通道视频传输技术领域，特别涉及一种多通道高清视频传输系统及方法。
背景技术
随着高清视频会议系统、高清视频监控存储系统和有线高清电视播放系统等技术领域的发展，高清视频已经深入到社会的每一个角落。卓越的高清图像质量和显示特性提升了客户的视觉体验，提供了更多的信息量。随之而来的问题是存储空间的剧增和传输带宽的不足。以1080p30Hz的高清视频为例，每秒钟需要传输的数据量高达177兆字节，而以千兆以太网为例，理论上每秒钟传输的数据量也仅为125兆字节。因此高清视频传输系统需要将视频进行压缩，然后进行传输。
当前常见的高清视频传输系统主要以IP网络为传输通道，视频以MPEG-2/MPEG-4等国际标准进行编解码。近年来，随着新一代视频编解码标准H.264/AVC的推出，其优异的编码效率，强大的容错能力和网络适应性，使其成为高清视频传输系统中应用最多的编解码标准。
图1为现有的高清视频传输系统的示意图，如图1所示，原始视频数据经过预处理后，经MPEG-4/H.264/VC-1编码器编码，编码后的数据由发送端发送到IP网络。接收端将IP网络上的编码视频发送到解码器，经MPEG-4/H.264/VC-1解码器解码后显示。
H.264编码性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的，其复杂的帧内预测编码和帧间预测编码模式，对系统的性能提出了更高的要求，同时也带来了系统开发成本和维护成本的提高。特别是对于分辨率达到1920×1080p的高清视频，一般的嵌入式处理器是无法胜任的。因此必须开发专用的硬件编解码器或采用最先进的数字信号处理器。
JPEG是一种针对图像而广泛使用的一种有损压缩标准方法。JPEG主要用于存储和传输图像，其本身只有描述如何将一个图像转换为字节的数据流，并没有说明字节如何在特定的存储媒体封装。JPEG主要的计算量体现在离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)和量化上，计算量很小，压缩比与解压缩的图像质量相关。
由于高清视频信号具有数据量大、实时性要求高的特点，同时常用的视频编解码标准实现过于复杂，提高了系统的成本和复杂度，成为制约高清视频传输系统快速发展的瓶颈。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明旨在提供一种多通道视频传输系统，解决视频编解码过于复杂和开发成本高的技术问题。
(二)技术方案
本发明提出一种多通道视频传输系统，包括发送端和接收端，所述发送端包括视频源和视频码流发送装置，所述接收端包括视频码流接收装置，所述发送端还包括多通道JPEG编码器，用于对视频码流进行JPEG压缩以生成编码图像序列；所述接收端还包括多通道JEPG解码器，用于对视频编码图像序列进行JPEG解压缩以生成视频码流。
所述多通道JPEG编码器支持多路同时编码，用于接收多路原始图像序列，编码后输出多路编码数据。
所述多通道JPEG解码器支持多路同时解码，用于接收多路视频编码图像序列，解码后输出多路视频码流。
所述视频码流发送装置用于将编码图像序列封装成数据包并进行发送，封装好的数据包包括原始视频信息、编码图像序列、接收端识别号和错误校验码。
所述视频码流接收装置具有一个识别号，其用于根据所述接收端识别号和自身识别号是否一致来决定是否接收所述封装好的数据包、抽取编码图像序列和原始视频信息并进行错误校验。
所述发送端还包括：发送端存储器，用于存储视频编码数据；发送端缓冲器，用于缓冲所述多通道JPEG编码器的输出数据，并将数据写入到所述发送端存储器。
所述发送端缓冲器根据JPEG编码生成的图像索引生成对应发送端缓冲器的地址，待其中的数据超过一次突发长度后，读出数据并写入到发送端存储器中。
所述接收端还包括：接收端存储器，用于存储解压缩的视频码流；接收端缓冲器，用于缓冲所述多通道JPEG解码器的输出数据，将数据写入到所述接收端存储器。
所述接收端缓冲器用于根据图像信息对存入的数据进行地址重排序，待其中缓冲的数据达到一定突发长度后，读出图像数据并写入到接收端存储器中。
本发明同时提出一种多通道视频传输方法，应用于多通道视频传输系统，所述系统包括发送端和接收端，所述发送端包括视频源和视频码流发送装置，所述接收端包括视频码流接收装置，所述方法包括如下步骤：所述发送端对视频码流进行JPEG压缩以生成编码图像序列；所述接收端对视频编码图像序列进行JPEG解压缩以生成视频码流。
所述JPEG压缩步骤支持多路同时编码，接收多路原始图像序列，编码后输出多路编码数据。
所述JPEG解压缩步骤支持多路同时解码，用于接收多路视频编码图像序列，解码后输出多路视频码流。
所述视频码流发送装置将编码图像序列封装成数据包并进行发送，封装好的数据包包括原始视频信息、编码图像序列、接收端识别号和错误校验码。
所述视频码流接收装置具有一个识别号，其用于根据所述接收端识别号和自身识别号是否一致来决定是否接收所述封装好的数据包、抽取编码图像序列和原始视频信息并进行错误校验。
所述方法还包括在发送端缓冲所述JPEG压缩的输出数据，并将数据写入到所述发送端的一存储器中。
所述缓冲步骤根据JPEG编码生成的图像索引生成对应地址，待数据超过一次突发长度后，读出数据并写入到所述发送端的一存储器中。
所述方法还包括在接收端缓冲所述JPEG解压缩的输出数据，将数据写入到所述接收端的一存储器中。
所述缓冲步骤根据图像信息对存入的数据进行地址重排序，待缓冲的数据达到一定突发长度后，读出图像数据并写入到所述接收端的一存储器中。
(三)有益效果
易实现、易维护的特点。本发明能够充分利用JPEG的并行性和低复杂度来对视频进行压缩，使基于IP网络的传输带宽可以满足视频的实时性要求。从而实现多通道视频在网络带宽资源有限的情况下，以较低的系统开发成本实现视频的最优化传输效果。
附图说明
图1为现有的视频传输系统的示意图；
图2为本发明的多通道视频传输系统的一个具体实施例的示意图；
图3为本发明的多通道视频传输系统的发送端运行流程图；
图4为本发明的多通道视频传输系统的接收端运行流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种新的多通道视频传输系统，可以实现分辨率为1920×1080i或1920×1080p高清视频的多通道传输。该系统可以满足实时高清视频的传送要求，相对于常用的H.264/AVC和MPEG-4等压缩传输系统，该系统具有低成本和系统开发复杂度低的特点。
本发明的多通道视频传输系统包括：发送端和接收端。
发送端包括：视频源，提供原始视频；视频预处理装置，用于完成对视频源的预处理；多通道JPEG编码器，用于对视频的压缩；发送端缓冲器，用于缓冲编码器的输出数据，将数据写入到发送端存储器；发送端存储器，用于存储视频编码数据；视频码流发送装置，用于对视频编码数据进行打包发送。
接收端包括：视频码流接收装置，用于完成将IP网络的数据包进行数据抽取；多通道JPEG解码器，用于完成视频编码数据的解压缩以生成视频码流；接收端缓冲器，用于缓冲解码器的输出数据，将数据写入到接收端存储器；接收端存储器，用于存储视频解码数据；显示装置，用于显示控制。
视频源通过视频连接口与视频预处理装置相连；视频码流发送装置和视频码流接收装置通过IP网络互联；显示装置通过视频连接线与多个终端显示设备相连。
所述视频源为未压缩视频源，它可以来自：视频采集卡、数码摄像机、或者其它具有视频输出功能的设备。视频源与系统发送端可以通过视频专用连接线缆连接，也可以通过1394等通用接口连接。
所述视频预处理装置，完成对来自视频源原始视频进行简单的预处理操作，将视频流分解为连续的图像序列，并提取视频的时序信息，
视频预处理装置可以将原始视频分解为YUV序列，但本发明并不限于此，也可以分解成RGB序列或其它图像序列；
所述多通道JPEG编码器，用于实现对原始视频源的JPEG压缩生成编码图像序列，多通道JPEG编码器支持多路同时编码，可以接收多路原始图像序列，编码后输出多路编码数据。编码器的实现可以是软核形式的实现，也可以是芯片形式的实现；
所述发送端缓冲器，用于暂存编码器的编码数据，对压缩数据进行重排序，写入到发送端存储器中。发送端缓冲器的实现可以是双端口RAM(Random Acess Memory随机访问存储器)，也可以是单端口RAM。
所述发送端存储器，可以是DDR3SDRAM，也可以是DDR2SDRAM等其它类型的高速存储器，用于存储发送端缓冲器输出的JPEG编码数据。
所述视频码流发送装置，用于实现读取发送端存储器中的压缩数据(编码图像序列)，即可以从DDR3SDRAM中读取数据信息，将压缩数据进行数据包封装，封装的数据包包括原始的视频信息，编码图像序列，接收端识别号和错误校验码等。以网络数据包的形式发送到IP网络上。IP网络包括有限IP网络和/或无线IP网络。
所述视频码流接收装置，具有一个识别号，用于接收IP网络的数据包，抽取压缩数据，将数据写入所述接收端存储器。视频码流接收装置实现的功能包括根据接收端识别号和自身识别号是否一致来决定是否接收IP网络中的网络数据包；抽取压缩数据；抽取原始视频信息(帧率，行扫描格式等)，进行错误校验等；
所述多通道JPEG解码器，用于实现对压缩数据的JPEG解压缩，多通道JPEG解码器支持多路同时解码以生成视频码流，其可以接收多路压缩数据，解码后输出多路解压缩数据(视频码流)。多通道JPEG解码器可以生成原始的YUV图像序列，但本发明并不限于此，也可以是RGB序列或其它图像序列。解码器的实现可以是软核形式的实现，也可以是芯片形式的实现；
所述接收端缓冲器，用于暂存JPEG解码器的输出数据，对数据进行重排序，写入到接收端存储器中。发送端缓冲器的实现可以是双端口RAM(Random Acess Memory随机访问存储器)，也可以是单端口RAM。
所述接收端存储器，可以是DDR3SDRAM，也可以是DDR2SDRAM等其它类型的高速存储器，用于存储接收端缓冲器输出的JPEG解码后的数据。
所述显示装置，用于读取存储器中的图像，实现多终端显示设备的时序及内容的控制。
图2为本发明的多通道视频传输系统的一个具体实施例，该多通道视频传输系统包括视频发送端系统和视频接收端系统两部分。视频发送端包括：视频预处理装置、多通道JPEG编码器、双端口RAM缓冲器、DDR3SDRAM和视频码流发送装置；视频接收端包括：视频码流接收装置、多通道JPEG解码器、双端口RAM缓冲器、DDR3SDRAM和显示装置。
本实施例中，视频源通过视频连接线与发送端相连，连接线可以是HDMI、DVI或SDI等传输线；发送端和接收端通过IP网络实现互联，其中发送端通过视频码流发送端与IP网络相连，接收端通过视频码流接收端与IP网络相连；显示装置通过连接线与多个终端显示设备相连，连接线可以是HDMI、DVI或SDI等传输线。
图3所述的视频发送端系统运行过程如下：
1)启动视频发送端系统，连接视频源。如果视频来自视频采集卡，则需启动视频采集卡，并将视频采集卡连接到视频发送端系统；如果视频来自个人电脑或其它存储设备，则将个人电脑或其他存储设备与视频发送端系统连接。
2)原始视频首先经过预处理，生成图像序列(如YUV序列)。
3)预处理的输出图像序列发送到多通道JPEG编码器，经JPEG编码生成压缩图像，并输出到双端口RAM缓冲器。
4)双端口RAM缓冲根据JPEG编码生成的图像索引生成对应双端口RAM缓冲器的地址，待双端口RAM中的数据超过一次突发长度后，读出数据并写入到DDR3SDRAM中。由于DDR3SDRAM的读写特性，重新发起一次突发传输操作会有时间的浪费，因此双端口RAM缓冲器需等待缓冲的数据数目超过图像的一行后，再写入到DDR3SDRAM中。
5)DDR3SDRAM暂存编码的图像数据，存储的数据包括JPEG图像信息，原始视频的帧率和行扫描格式等。
6)视频码流发送装置从DDR3SDRAM中读取数据，并将数据进行网络数据包的封装。根据系统的配置信息，将网络数据包发送到IP网络。
图4所述的视频接收端系统运行过程如下：
1)系统启动后，视频码流接收装置从IP网络中接收网络数据包，从数据包中提取数据(压缩的JPEG图像序列)以及视频的帧率和行扫描格式等信息。将JPEG图像序列与视频的帧率和行扫描格式等一起发送到多通道JPEG解码器。
2)多通道JPEG解码器可以并行接收多路压缩图像，并生成多路图像序列(YUV序列)，根据像素索引生成图像像素的存储地址，写入到双端口RAM缓冲器的对应空间。
3)双端口RAM缓冲器根据图像信息对存入的数据进行地址重排序，待双端口RAM缓冲器中缓冲的数据达到一定突发长度后，读出图像数据，以一次突发操作完成DDR3SDRAM的写入操作。
4)DDR3SDRAM暂存解码后的图像数据，存储的数据包括每一帧图像信息，视频的帧率和行扫描格式等信息。
5)显示装置读取DDR3SDRAM中的视频帧率和行扫描格式等信息，并生成相应的显示时序。根据显示时序读取DDR3SDRAM中的数据，并发送到终端显示设备上。显示装置可以根据应用需求，实现大分辨率图像的分屏显示(如电视墙)，或多通道同时显示(如视频监控系统)。
在基于本发明的图2所示的实施例中，视频预处理装置，多通道JPEG编码器，多通道JPEG解码器，双端口RAM缓冲器，视频码流发送装置和显示装置工作在125MHz，DDR3SDRAM工作在400MHz。本发明在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)开发平台上经过验证，能够满足双通道1920×1080i和1920×1080p高清视频的实时编解码和实时显示。
以上虽然描述了本发明可以应用于高清视频传输，但是，本发明的技术方案同样可以应用于标清视频的传输。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种多通道视频传输系统，包括发送端和接收端，所述发送端包括视频源和视频码流发送装置，所述接收端包括视频码流接收装置，其特征在于：
所述发送端还包括多通道JPEG编码器，用于对视频码流进行JPEG压缩以生成编码图像序列；
所述接收端还包括多通道JEPG解码器，用于对视频编码图像序列进行JPEG解压缩以生成视频码流。
2.如权利要求1所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述多通道JPEG编码器支持多路同时编码，用于接收多路原始图像序列，编码后输出多路编码数据。
3.如权利要求1所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述多通道JPEG解码器支持多路同时解码，用于接收多路视频编码图像序列，解码后输出多路视频码流。
4.如权利要求1所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述视频码流发送装置用于将编码图像序列封装成数据包并进行发送，封装好的数据包包括原始视频信息、编码图像序列、接收端识别号和错误校验码。
5.如权利要求4所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述视频码流接收装置具有一个识别号，其用于根据所述接收端识别号和自身识别号是否一致来决定是否接收所述封装好的数据包、抽取编码图像序列和原始视频信息并进行错误校验。
6.如权利要求1所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述发送端还包括：
发送端存储器，用于存储视频编码数据；
发送端缓冲器，用于缓冲所述多通道JPEG编码器的输出数据，并将数据写入到所述发送端存储器。
7.如权利要求6所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述发送端缓冲器根据JPEG编码生成的图像索引生成对应发送端缓冲器的地址，待其中的数据超过一次突发长度后，读出数据并写入到发送端存储器中。
8.如权利要求1所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述接收端还包括：
接收端存储器，用于存储解压缩的视频码流；
接收端缓冲器，用于缓冲所述多通道JPEG解码器的输出数据，将数据写入到所述接收端存储器。
9.如权利要求8所述的多通道视频传输系统，其特征在于，所述接收端缓冲器用于根据图像信息对存入的数据进行地址重排序，待其中缓冲的数据达到一定突发长度后，读出图像数据并写入到接收端存储器中。
10.一种多通道视频传输方法，应用于多通道视频传输系统，所述系统包括发送端和接收端，所述发送端包括视频源和视频码流发送装置，所述接收端包括视频码流接收装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
所述发送端对视频码流进行JPEG压缩以生成编码图像序列；
所述接收端对视频编码图像序列进行JPEG解压缩以生成视频码流。
11.如权利要求10所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述JPEG压缩步骤支持多路同时编码，接收多路原始图像序列，编码后输出多路编码数据。
12.如权利要求10所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述JPEG解压缩步骤支持多路同时解码，用于接收多路视频编码图像序列，解码后输出多路视频码流。
13.如权利要求10所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述视频码流发送装置将编码图像序列封装成数据包并进行发送，封装好的数据包包括原始视频信息、编码图像序列、接收端识别号和错误校验码。
14.如权利要求13所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述视频码流接收装置具有一个识别号，其用于根据所述接收端识别号和自身识别号是否一致来决定是否接收所述封装好的数据包、抽取编码图像序列和原始视频信息并进行错误校验。
15.如权利要求10所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述方法还包括在发送端缓冲所述JPEG压缩的输出数据，并将数据写入到所述发送端的一存储器中。
16.如权利要求15所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述缓冲步骤根据JPEG编码生成的图像索引生成对应地址，待数据超过一次突发长度后，读出数据并写入到所述发送端的一存储器中。
17.如权利要求10所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述方法还包括在接收端缓冲所述JPEG解压缩的输出数据，将数据写入到所述接收端的一存储器中。
18.如权利要求17所述的多通道视频传输方法，其特征在于，所述缓冲步骤根据图像信息对存入的数据进行地址重排序，待缓冲的数据达到一定突发长度后，读出图像数据并写入到所述接收端的一存储器中。
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