CN102821303A - 一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，包括如下三步：在发送端对要传输的像素级视频信息的单帧视频图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理；对压缩编码后的像素级视频信息进行网络传输；在接收端对传输后的像素级视频信息根据需要进行显示。本发明采用分级压缩的方式对像素级视频信息进行压缩编码，一方面降低传输的数据量，使压缩后的像素级视频信息对网络宽带的要求降低；另一方面压缩编码后可以使用较少的数据表示更多的信息量，接收端对压缩后的像素级视频信息进行恢复时能够得到恢复质量较好的视频图像，从而提高了传输后的画面质量，这样就较好地平衡视频信号传输数据量、画面质量以及实时性之间的矛盾。

Description

一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法

技术领域

本发明涉及视频信息传输技术领域，具体涉及一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法。

背景技术

随着视频显示技术和显示终端制造技术的不断发展，各类视频应用所要求的分辨率以及显示终端的尺寸都在不断提高，不但出现了1920*1080以及更高的分辨率，而且显示终端的尺寸也不断的突破制造工艺的极限，尤其是屏幕拼接技术和投影融合技术的出现更是进一步提高了显示终端的显示分辨率和尺寸。同时，现代化的媒体宣传、橱窗展示以及公众演示等应用使得分布式视频显示技术得以工程化。随着这类应用的日益推广，人们开始追求单个视频显示节点的高清以及更高分辨率的视频显示，甚至某些由屏幕拼接系统和投影融合系统构成的大型视频显示节点也被部署在分布式视频显示系统中，这大大提高了单个视频节点的视频数据吞吐量。所以，视频显示技术的发展已经不再仅仅受制于视频信号处理技术本身，而是在某些应用中更多的受制于视频信息的传输吞吐量、质量以及实时性。

在像素级高清或更高分辨率的实时视频传输信号处理过程中，最大的难题是如何解决每秒2.8Gbps像素级高清视频信息或2.8Gbps以上的更高分辨率的像素级视频信息从网络的一端“搬移”到另一端。对于目前常用的网络带宽而言，通用的百兆有线网络和基于IEEE 802.11n的无线网络都无法胜任此项工作。

通过理论研究与产品调研发现，可行的解决途径一般有两种：一个途径就是提高现有网络的带宽上限，升级现有网络基础设施来适应高速的实时视频传输；另一个途径就是压缩或降低视频信号所需传递的数据量，从而满足现有网络承载能力。对于前者而言，需要大面积的升级现有的网络基础设施，其成本高、工程量大，可操作性较差；对于后者而言，需要解决如何利用现有网络基础设施，在不改变网络布局布线及路由交换设备等任何已有条件的情况下，实现视频像素点信号的网络化实时传输。

针对网络化实时视频传输与显示技术来说，涉及到的核心技术主要有两项：一是视频信息的压缩技术；二是网络化传输技术。

在视频信息的压缩技术方面，为保证视频信息传输的质量和实时性，众多国内外产品均采用了H.264/AVC、JPEG2000等编码技术。这些编码技术具有标准化程度高、技术成熟、开发资源丰富、应用范围广等优势。目前，在国内的视频监控领域中，广泛的使用了H.264/AVC编码技术。但是，这些编码技术的核心技术均掌握在少数国外企业手中，任何其他企业很难根据需求定制相关的特定产品；同时，受制于如H.264/AVC等编码技术的高额商业化费用，也使得一些企业很难将这些编码技术应用到产品中。

在视频信号的网络化传输方面，众多国内外企业都推出了自主知识产权的相关技术，但是核心目的都是解决视频信息数据量与网络传输带宽之间的矛盾。以H.264/AVC编码技术为例，为了降低编码后的视频信息数据量，该技术采用了帧间预测技术使得在两个基准帧之间只传输反应帧间变化的数据即可，这虽然可以大大降低视频信息的数据量，但是，该技术容易导致连续的帧数据错误，从而产生丢帧和画面失真的现象，降低了视频显示的质量；并且，H.264/AVC编码技术需要对被压缩对象缓冲数帧以完成编码过程，这在一定程度上影响了视频信息的实时性。而JPEG2000等静态图像压缩技术虽然可以应用在视频信息压缩中来解决以上问题，但是由于需要在传输过程中保留每一帧视频的完整编码数据，所以其压缩后的视频信息数据量远大于H.264/AVC等视频压缩技术。所以，现有技术是采用流媒体技术，前一帧与后一帧之间有关联，相互之间有影响，在传输信息量、画面质量、实时性三者之间进行平衡有难度。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有像素级视频信息无法在现有网络带宽条件下实时传输的技术问题，提供一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，包括如下步骤：

步骤一、在发送端将要传输的像素级视频信息进行压缩编码，所述压缩编码为对所述像素级视频信息中的单帧图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理；

步骤二、将压缩编码后的图像信息进行网络传输；

步骤三、在接收端对传输后的像素级视频信息进行显示。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，所述分级压缩处理包括一次初级压缩和至少一次次级压缩，初级压缩后再进行次级压缩。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，所述初级压缩为通过重采样滤波器中的下采样滤波器进行2ⁿ缩小；所述次级压缩为经过非整数倍的缩放滤波器进一步压缩。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，步骤二还包括传输模式的判断步骤：

（1）判断单路网络带宽是否能够满足压缩编码后的图像信息的传输要求；

（2）如满足要求，则用单路传输模式；如不满足要求，则用多路并行传输模式。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，在所述初级压缩中，将原始像素级视频图像的行数和列数各缩小为原来的一半，使得图像分辨率缩小为所述原始像素级视频图像的二分之一。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，在所述次级压缩中，非整数倍的缩放滤波器将所述初级压缩处理后的视频像素级图像的行数和列数再次各缩小三分之二，使输出的视频图像分辨率为所述原始像素级视频图像的三分之一。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，在所述步骤三中，当用户需要小尺寸、低质量的视频图像时，直接将所述传输后的像素级视频信息显示到显示终端。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，在所述步骤三中，当用户需要大尺寸、高质量的像素级视频图像时，采用与所述分级压缩处理相逆的算法处理后再进行显示。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，所述网络为百兆以太网。

所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，所述网络为基于I EEE 802.11n的无线网络。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）、本发明提供一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，包括如下三步：在发送端将要传输的像素级视频信息的单帧视频图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理；将压缩编码后的像素级视频信息进行网络传输；在接收端对传输后的像素级视频信息根据需要进行显示。本发明对像素级视频信息中的单帧视频图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理，相对于现有编码技术中使用一种压缩方法而言，这种压缩编码方式一方面降低传输的数据量，使压缩后的图像信息对网络宽带的要求降低，数据量的降低使得同一像素级视频信息传输所需要的时间减少，提高了网络的利用率；另一方面压缩编码后可以使用较少的数据表示更多的信息量，接收端对压缩后的像素级视频信息进行恢复时能够得到恢复质量较好的视频图像，从而提高了传输后的画面质量，这样就较好地平衡视频信号传输数据量、画面质量以及实时性之间的矛盾，也对我国物联网和下一代网络视频技术的发展有一定的促进作用。本发明提供的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法不仅使像素级视频信息能够适应现有网络带宽条件，而且无需改变现有网络布局及路由交换设备等任何网络基础设施即可进行图像信息传输，相对于提高现有网络的带宽上限，升级现有网络基础设施而言，大大节省了成本，可操作性强。

（2）、本发明提出的基于像素点的分级压缩处理包括一次初级压缩和至少一次次级压缩，初级压缩采用高性能的重采样滤波器，次级压缩采用非整数倍缩放滤波器，对原始视频图像进行低复杂度、高性能、低延迟的分级缩放压缩处理，在视觉质量损失不大的前提条件下，极大地减少像素级视频信息传输所需要的带宽。

（3）、本发明提出的传输方式包括单路传输模式和多路并行传输模式，压缩编码后像素级视频信息如果能够在现有网络中传输，就采用单路传输模式，否则采用多路并行传输模式，这种方式解决了压缩编码后的像素级视频信息在网络中的实时传输问题，使压缩编码后的像素级视频信息能够在现有网络中传输。

（4）、本发明根据用户的需要，将所述传输后的像素级视频信息显示到显示终端，具有良好的自适应性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明一个实施例一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法的流程图。

具体实施方式

实施例1：

下面给出本发明所述的一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法的一个具体的实施方式，参见图1所示，一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，包括如下步骤：

步骤一、在发送端将要传输的像素级视频信息进行压缩编码，所述压缩编码为对所述视频信息中的单帧图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理，包括一次初级压缩和一次次级压缩，初级压缩后再进行次级压缩。像素级方式为针对单帧图像中每一像素点的像素值进行的处理方式，现有技术的非像素级方式是在给定的畸变下用尽量少的比特数来表征和重建图像。

本实施例中，所述分级压缩处理包括一次初级压缩和一次次级压缩，步骤为：

A01：初级压缩：通过重采样滤波器中的下采样滤波器进行2ⁿ缩小，具体为将原始视频图像的行数和列数各缩小为原来的一半，使得图像分辨率缩小为所述原始视频图像的二分之一。

A02：次级压缩：经过非整数倍的缩放滤波器进一步压缩，具体为非整数倍的缩放滤波器将所述初级压缩处理后的视频图像的行数和列数再次各缩小三分之二，使输出的视频图像分辨率为原始视频图像的三分之一。本实施例中的像素级视频信息采用计算机显卡为主要视频信息信源。

作为其他实施方式，所述初级压缩可以进行2ⁿ缩小，n可以为2以上的整数，所述次级压缩的次数也可以为两次、三次或者三次以上。

步骤二、将压缩编码后的像素级视频信息进行网络传输。步骤二包括传输模式的判断步骤：

B01：判断单路网络带宽是否能够满足压缩编码后的像素级视频信息的传输要求。

B021：如满足要求，则用单路传输模式。

B022：如不满足要求，则用多路并行传输模式，即将所述压缩后的像素级视频信息进行平均分割，然后将这些分割后的视频信息分配到每一路网络上进行传输，最后在接收端将所述分割后的视频信息进行逆分割处理，从而在接收端得到压缩后的像素级视频信息。

步骤三、在接收端对传输后的像素级视频信息进行显示，包括如下步骤：

C01：当用户需要小尺寸、低质量的视频图像时，直接将所述传输后的像素级视频信息显示到显示终端。

C02：当用户需要大尺寸、高质量的像素级视频图像时，采用与所述分级压缩处理相逆的算法处理后再进行显示，即先用所述非整数倍缩放滤波器进行初级放大，再用上采样匹配滤波器进行次级放大后再显示。

作为其他实施方式，进行网络传输的网络也可以为基于IEEE 802.11n的无线网络，也可以是其他适合于视频信息传输的专用网络。

本发明提供的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，适用范围广，可用于标清、高清以及更高分辨率的视频图像。

实施例2：

在实施例1的基础上，以分辨率为1920*1080像素级高清视频图像为例，其实时传输的数据量I=1920x1080x60x24bit/s=2985984000bit/s，显然无法在现有百兆以太网或基于IEEE 802.11n的无线网络的带宽条件下实时传输。具体实现步骤如下：

步骤一：发送端压缩编码

发送端设备将像素级高清视频信息进行编码，即对上述高清视频图像的单帧视频图像以像素级方式逐一的进行低复杂度、高性能、低延迟的分级压缩处理。首先通过重采样滤波器中的所述下采样滤波器进行2ⁿ缩小的初级压缩，将原始像素级视频图像的行数和列数各缩小为原来的一半，使得初级压缩后的像素级视频图像分辨率缩小为原始像素级视频图像的数据量压缩为原始数据量的四分之一，即

再经过非整数倍的缩放滤波器进一步次级压缩，进一步压缩后的像素级视频图像的行数和列数再次各缩小三分之二，使输出的像素级视频图像分辨率为原始像素级视频图像的

经过上述的处理，最终所需传输的图像信息量为原始数据量的九分之一，即 $\frac{1}{9}I=331776000\mathrm{bit}/s.$

步骤二：并行网络传输

经过压缩编码后，像素级视频图像的信息量变为

使视频信息传输对网络带宽的要求大大降低。但是，

的信息量仍然无法在单路的现有百兆以太网或者基于IEEE 802.11n的无线网络中传输。根据图1所示的传输过程逻辑，的信息量需要使用多路并行网络传输模式。以使用4路百兆以太网或基于IEEE 802.11n的无线网络进行并行传输为例，那么每一路网络所需传输的信息量为

以上网络的单路网络带宽完全能满足要求。

经过网络传输后，接收端使用与发送端相逆的算法将数据重组，得到

的视频信息。

步骤三：接收端译码及显示

接收端如果显示1920*1080的像素级高清视频信息，需进行与发送端编码相逆处理的过程，即使用所述非整数缩放滤波器和重采样滤波器中的所述上采样匹配滤波器恢复处理。首先经过非整数缩放滤波器处理得到信息量为

的像素级高清视频信息，然后经过重采样滤波器中的上采样匹配滤波器处理得到信息量为I的像素级高清视频信息。最后将得到的像素级高清视频信息传输至显示终端输出显示。

综上所述，本例中实现了1920*1080分辨率的实时像素级高清视频图像的分级缩放和并行传输。

实施例3：

在上述实施例2的基础上，如果步骤三中本地终端显示为低分辨率视频图像，本地终端例如平板电脑、笔记本电脑，台式电脑，智能手机等设备，用户只需在接收端得到适应本地终端的低分辨率视频信息，则步骤三采用直接显示的方式。例如，接收端需显示640*360的像素级视频图像，根据图1中步骤三的处理流程，接收端无需进行译码，而仅需将包含信息量的视频图像进行显示即可，显示的视频图像的分辨率为原始视频图像的即640*360的像素级视频图像。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在发送端将要传输的像素级视频信息进行压缩编码，所述压缩编码为对所述像素级视频信息中的单帧视频图像以像素级方式逐一的进行分级压缩处理；

步骤二、将压缩编码后的像素级视频信息进行网络传输；

步骤三、在接收端对传输后的像素级视频信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，所述分级压缩处理包括一次初级压缩和至少一次次级压缩，初级压缩后再进行次级压缩。

3.根据权利要求2所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，所述初级压缩为通过重采样滤波器中的下采样滤波器进行2n缩小；所述次级压缩为经过非整数倍的缩放滤波器进一步压缩。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，步骤二还包括传输模式的判断步骤：

（1）判断单路网络带宽是否能够满足压缩编码后的图像信息的传输要求；

（2）如满足要求，则用单路传输模式；如不满足要求，则用多路并行传输模式。

5.根据权利要求2或3或4任一所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，在所述初级压缩中，将原始像素级视频图像的行数和列数各缩小为原来的一半，使得图像分辨率缩小为所述原始像素级视频图像的二分之一。

6.根据权利要求2或3或4或5任一所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，在所述次级压缩中，非整数倍的缩放滤波器将所述初级压缩处理后的视频像素级图像的行数和列数再次各缩小三分之二，使输出的视频图像分辨率为所述原始像素级视频图像的三分之一。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，在所述步骤三中，当用户需要小尺寸、低质量的视频图像时，直接将所述传输后的像素级视频信息显示到显示终端。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，在所述步骤三中，当用户需要大尺寸、高质量的像素级视频图像时，采用与所述分级压缩处理相逆的算法处理后再进行显示。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，所述网络为百兆以太网。

10.根据权利要求9所述的像素级视频信息网络实时分级压缩传输方法，其特征在于，所述网络为基于IEEE 802.11n的无线网络。

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