CN105122831A - 具有硬件模块的用于视频处理的嵌入式系统 - Google Patents

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CN105122831A
CN105122831A CN201480019857.6A CN201480019857A CN105122831A CN 105122831 A CN105122831 A CN 105122831A CN 201480019857 A CN201480019857 A CN 201480019857A CN 105122831 A CN105122831 A CN 105122831A
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embedded system
data stream
aforementioned
data flow
network
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CN201480019857.6A
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托马斯·施勒格尔
马丁·齐默尔
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Novomatic AG
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Abstract

一种用于视频处理的嵌入式系统，包括提供以下功能的硬件模块：a)服务器功能，其中为了实现服务器功能，实现以下功能：a1)接收至少一个图像数据流和至少一个音频数据流；a2)将图像数据流和音频数据流中的至少一个压缩成各自的组合数据流；a3)经由基于协议的网络，输出组合的数据流中的至少一个；b)客户端功能，其中为了实现客户端功能，实现以下功能：b1)从基于协议的网络接收至少一个组合的数据流；b2)解压缩至少一个组合的数据流；b3)输出解压缩的图像数据流以及音频数据流；c)其中，硬件模块以这样的方式设计以便其c1)压缩和解压缩连续的组合数据流以及c2)通过在系统中保存的硬件序列号和/或个人激活码的方式实施个人安全性以及c3)包括监控模块实施激活码的监控和匹配的激活码监控模块。

Description

具有硬件模块的用于视频处理的嵌入式系统
说明书
本发明涉及用于视频处理和视频分发系统的嵌入式系统。这样的设备主要用于将来自若干源的视频数据向若干显示单元(例如，监控器)分发。典型的应用领域是投注代理。
已知用于经由IP网络提供电视(TV)内容的若干可能性。网络电视(IPTV)和互联网电视(internetTV)之间的不同是由访问的方法组成的。在网络电视的情况下，本地网络操作员特定应用执行内容导航，而在互联网电视的情况下，用基于标准的浏览器来便利内容的导航。在这两种情况下，经由互联网连接向用户或者观看者的电视机提供服务视频内容。
EP2247108A1“分布式电视访问系统”公开了用于导航广播(广播信号，尤其是循环或电视信号)的在线应用，该广播经由诸如电缆或卫星之类的网络发送。顾客经由第一网络连接接收广播信号，并利用经由第二网络的在线应用的方式来导航电视内容。第一网络连接和第二网络连接可以是在同一网络上的两个连接(例如，经由两个不同软件端口的两个连接)或在两个不同网络中的两个连接(即，互联网和诸如有线到卫星电视网络之类的私人电视网络)。
本发明的目的在于提供一种上文所提及的类型的系统，该系统是通用的。具体地，通过所建议的措施，实现了在模式、连接和分辨率方面的高度灵活性，且完成了在处理各种广播信号和向用户提供广播信号的各种组合。此外，实现了涉及系统建立和参与者数目的更好的扩展性且也能够实现信号处理和系统的安全性和实时能力。
通过独立权利要求的主题根据本发明来实现该目的。
从属权利要求构造了本发明的优选实施例。
用于利用硬件模块进行视频处理的嵌入式系统用于实现以下功能：
a)服务器功能，其中为了实现服务器功能，实现以下功能：
a1)接收至少一个图像数据流和至少一个音频数据流；
a2)压缩图像和音频数据流中的至少一个，在每一情况下分别产生组合的数据流；
a3)经由基于协议的网络，输出组合的数据流中的至少一个；
b)客户端功能，其中为了实现客户端功能，实现以下功能：
b1)从基于协议的网络接收至少一个组合的数据流；
b2)解压缩至少一个组合的数据流；
b3)输出组合的解压缩的图像数据流和音频数据流；
c)其中，硬件模块以这样的方式设计以便其
c1)压缩和解压缩连续的组合数据流，以及
c2)通过在系统中保存的硬件序列号和/或个人激活码的方式实施个人安全性以及
c3)包括激活码监控模块，其实施激活码的监控和比较。
通过激活码和激活码监控模块的方式，针对产品盗版实现相对较高的安全性。
以这样的方式设计硬件模块，使得其可以以每秒至少24帧，优选地，每秒至少25帧，更优选地每秒至少50帧，以及最优选地每秒至少60帧，没有数据堵塞地，来压缩或解压缩连续的图像数据流和音频数据流。
优选地，用于实现服务器功能和客户端功能的硬件模块被布置在联合电路板上，这就是为什么实现了紧致设置的原因。为了用户友好地处理，联合电路板被设计为PC插入卡且可以在PC操作系统环境中显示为网卡。
有利地，激活码监控模块被适配为发出激活码警告信号或激活码核准信号。
优选地，硬件模块以这样的方式设计以便其能够利用每秒至少60帧和至少1920x1080像素的分辨率来压缩或解压缩连续的图像数据流和音频数据流，而没有数据堵塞。从而，嵌入式系统能够以“全HD”分辨率来处理数据流。不言而喻的是，1280x720的分辨率也是可能的。
此外，如果根据H.264-或H.265-标准执行对数据流的压缩，则其是有益的。从而，实现了针对视频流的特别高的压缩率，使得可以将经由网络进行数据传输的必需带宽保持得尽量低。可供替换地或另外地，可以提供诸如例如MPEG-2的其他压缩标准的支持。
根据优选的发展
a.服务器功能实现了对组合的数据流的加密的功能；以及
b.客户端功能实现了对至少一个组合的数据流进行解密的功能。
利用硬件模块实时执行该加密和解密，优选地，根据AES加密方法(“高级加密标准”)，优选地，使用至少256比特的密钥长度。从而，数据可以在服务器和客户端之间的传输路径中防止攻击者。
根据进一步的优选实施例，本系统拥有
a)用于经由基于协议的网络接收超过一个的组合的数据流的硬件模块；
b)用于对超过一个的组合的数据流进行解压缩的硬件模块；
c)用于对超过一个的解压缩的图像数据流和音频数据流进行缩放和/或旋转和/或融合和/或交错淡变的硬件模块；
d)用于对超过一个的解压缩的图像数据流和音频数据流进行联合输出以同时显示在监控器上的硬件模块；
e)用于向被布置为视频墙的若干监控器分开输出一个或多个组合的数据流的硬件模块。
从而，除了至监控器的视频数据流的常规显示外，通过任何大小的缩放模
块实现一系列另外的显示模式是可能的，例如：
-具有可选择的大小和定位的两个同步的流；
-交错淡变在第二个流上的流；
-四个不同的同步流；
-在90°旋转屏幕上的三个同步流；
-在一个监控器上的六个流(一个大的、5个小的)；
-具有四个或九个监控器的视频墙。
此外，如果根据本发明的嵌入式系统拥有用于将图像数据流(其已经通过隔行扫描记录)转换成逐行扫描的硬件模块，则其是有利的。从而，即使在视频源仅提供通过隔行扫描(交错的)记录的材料的情况下，生成实时且高质量的逐行视频数据流是可能的。
根据优选的发展，根据本发明的嵌入式系统拥有
a)具有BIOS的存储模块；
b)具有操作系统的存储模块；以及
c)用于经由基于协议的网络接收控制信号的模块。
从而，实现了：根据本发明的嵌入式系统能够独立于其他设备操作(“独立的”)，且尤其是，其无需连接到计算机以操作。但是，可以经由基于协议的网络来控制嵌入式系统，例如关于数据流的源和期望的传输格式的选择(服务器)，或例如关于要显示的数据流和显示模式的选择(客户端)。
根据本发明的嵌入式系统的另外的优选发展拥有用于输出控制信号以远程控制连接的设备的模块。从而，连接的设备，诸如卫星电视接收器(服务器)或监控器(客户端)，也可以在不需要另外的远程控制单元的情况下，经由嵌入式系统由远程控制来操作。在这种情况下，根据要由远程控制来操作的设备种类，可以经由可能可获得的红外接口或经由可能可获得的HDMI输出或还可以经由网络来输出控制信号。由于可以经由网络向嵌入式系统发送控制信号这一事实，因此还可以通过较长的距离——并且如果适用的话，通过结构性障碍物——来操作连接的设备。从而，针对连接到网络的根据本发明的嵌入式系统，既可以对单个嵌入式系统在本地执行操作，也可以对所有嵌入式系统在中央执行操作。
还优选的是，嵌入式系统拥有
a)用于中间存储和重复输出至少一个组合的数据流的硬件模块；以及
b)用于由至少一个输出数据流的观测者交互控制嵌入式系统的模块。
还优选的是，嵌入式系统拥有用于提高图像数据流的图像质量的硬件模块，该模块提供了以下功能：
a)改变亮度；和/或
b)改变图像清晰度；和/或
c)改变对比度；和/或
d)颜色修正；和/或
e)噪声抑制；和/或
f)减少伪像；和/或
g)应用另外的过滤器。
从而，可以实时为观测者实现对要显示的图像数据流的改进。
根据本发明的嵌入式系统的另外的优选实施例的特征在于硬件模块包括FPGA(现场可编程门阵列)，其中通过FPGA提供以下功能：
a)连接到基于协议的网络；
b)防火墙；
c)如果嵌入式系统作为服务器进行操作，则对要输出的组合数据流加密；以及
d)如果嵌入式系统作为客户端进行操作，则对至少一个组合的数据流进行解密。
从而，防火墙允许经由规则表对IP、端口和Mac地址进行过滤。防火墙的可调整日志功能允许记录嵌入式系统上有效和/或无效的访问企图。可选地，如果每单位时间发生了太多次不被允许的对嵌入式系统的访问，则可以在触发特定数量的失败企图或警报之后，自动阻止未上锁的端口/IPs/Mac地址。
FPGA另外包括256比特AES加密单元，其能够实时加密或解密输入和输出的网络数据。通过实现该嵌入式系统，实现了尽可能高的网络安全性。
此外，单独加密的FPGA的配置是优选的。从而，在可以获取的根据本发明的嵌入式系统的FPGA的配置数据不能用于该种类型的不同嵌入式系统的配置的情况下，实现了针对产品盗版的安全性。为了该目的，可以使用单独的硬件序列号和/或单独的访问码。
根据本发明的嵌入式系统的另外的优选的发展的特征在于硬件模块包括DSP(数字信号处理器)，其中由DSP提供以下的功能：
a)如果嵌入式系统作为服务器操作，则压缩图像数据流和音频数据流中的至少一个，在每一情况下产生组合的数据流；
b)如果嵌入式系统作为客户端操作，则解压缩至少一个组合的数据流；以及
c)如果嵌入式系统作为客户端操作，则经由接口缩放和输出解压缩的图像数据流和音频数据流。
通过选择适当的DSP，通过实现该嵌入式系统在视频数据的处理期间实现了特别高的性能，确保了嵌入式系统的实时能力。
有利的是，根据本发明的嵌入式系统拥有：
a)至少一个网络连接，以及
b)至少一个根据视频标准的接口，和/或
c)至少一个根据音频标准的接口，和/或
d)至少一个到数据总线的接口和/或
e)红外接口。
从而，绝对需要网络连接，另外的接口或连接分别是可选的。例如，这些可以包括HDMI接口、优选地用于从视频源输入数据的连接以及用于向监控器输出数据的连接、和/或PAL接口、和/或另外的立体音频接口、和/或USB接口、和/或用于通过远程控制操作连接的视频源或连接的监控器的红外接口。
进一步有利的是，基于协议的网络包括每秒至少100M比特的传输容量，其中根据本发明的嵌入式系统连接到该基于协议的网络。优选地，网络是千兆位以太网，即：使用以太协议并具有每秒至少1000M比特的传输容量。
此外，提出了一种用于从至少一个视频源接收并分发至少一个视频流的视频分发系统，其具有
a)基于协议的网络；
b)至少一个上文所描述的嵌入式系统，其作为服务器进行操作并经由基于协议的网络来接收、压缩并输出来自至少一个视频源的至少一个图像数据流；以及
c)至少一个上文所描述的嵌入式系统，其作为客户端进行操作并从基于协议的网络接收至少一个压缩的数据流，该数据流经由接口解压缩并输出。
由于其模块化设置和使用了嵌入式系统的属性，这样的视频分发系统非常通用且几乎可任意缩放和/或扩展。
关于根据本发明的视频分发系统，优选的是
a)卫星电视接收器或有线电视连接器或DVBT接收器或PCs或媒体播放器被部署为视频源；以及
b)监控器被连接到作为客户端进行操作的嵌入式系统的接口，通过该接口输出数据流。
此外，提出了一种用于从至少一个视频源接收和分发至少一个视频数据流的视频分发系统，其具有
a)基于协议的网络；
b)至少一个嵌入式系统，其作为服务器进行操作并经由基于协议的网络接收、压缩、和输出来自至少一个视频源的至少一个图像数据流，以及
c)至少一个嵌入式系统，其作为客户端进行操作并从基于协议的网络接收至少一个压缩的数据流，该数据流被解压缩并经由接口输出。
还可以针对所述视频分发系统的嵌入式系统选择所有优选的实现和发展，上文针对嵌入式系统进一步描述了所有优选的实现和发展。
此外，可以结合从属权利要求从下文优选实施例的描述导出进一步的细节和特征。在该方面，各特征可以单独地或数个彼此结合地实现。用于解决该问题的可能性并不限于上述实施例。例如，区域规范总是包括全部-没有明确指定-中间值和所有可能的子间隔。
不言而喻，上文指明的和下文要描述的特征不仅是在各个指定组合中适用，而且在其他组合中也适用。本发明的范围仅由权利要求书定义。
在下文中，参考各个附图，进一步基于示例描述了本发明。
在如下中示出
图1用于在投注代理中应用的根据本发明的视频分发系统的实施例的示意性设置；
图2根据本发明的视频分发系统的简单实施例的设置；
图3根据本发明的视频分发系统的更复杂的实施例；
图4根据本发明的嵌入式系统的示意性设置；
图5具有服务器功能的根据本发明的嵌入式系统的示意性设置；
图6具有客户端功能的根据本发明的嵌入式系统的示意性设置；
图7以模块示出的根据本发明的嵌入式系统的图；
图8作为服务器进行操作的根据本发明的嵌入式系统的视频数据处理的示意性表示；
图9作为客户端进行操作的根据本发明的嵌入式系统的视频数据处理的示意性表示；以及
图10对利用作为客户端进行操作的根据本发明的嵌入式系统可获得的显示模式的选择；以及
图11分支的软件技术设置；以及
图12网络安全模块的示意性表示；以及
图13解码PC操作系统环境中视频安装向导模块的驱动器的示意性表示；以及
图14作为赌场内轮盘传输的根据本发明的系统应用；以及
图15作为赌场外的现场游戏传输的系统应用；以及
图16网络传输的安全性的示意性表示；以及
图17软件单元的通信结构的示意性概述。
本发明包括以基于网络的多个H.264数据流为基础的调制解调器视频分发系统。从而，不同的视频源被作为服务器进行操作的嵌入式系统转换成H.265数据流并被作为客户端进行操作的嵌入式系统解码及显示在监控器上。
视频分发系统的应用意在例如用于投注代理，其中图像源通常由卫星接收器提供并由商店主人/用户分别向可用的电视监控器分发。
在图1中描绘了投注代理中的根据本发明的视频分发系统的典型的设置且其由接收、分发、显示和控制四个功能单元组成。接收功能由不定数目的卫星接收器100实现，其拥有所分配的嵌入式系统110，该嵌入式系统作为服务器进行操作。卫星接收器100的编码的视频流经由网络120(具有交换机/分发器、VLAN)分发。显示经由不定数量的监控器130发生，其从作为客户端进行操作的所分配的嵌入式系统140接收其图像，其中客户端140分别从接收器服务器110的供应提供所选择的图像数据流。
从而，在本地控制的PCs150处选择图像数据流，在本地控制的PC中商店主人/用户可以动态地创建在卫星节目和监控器130之间的分配(控制)。为了该目的，电视监控器130和卫星接收器100分别是图形可视的。
连接到卫星接收器100或电视监控器130的每个嵌入式系统110或140，另外拥有红外控制功能，其允许远程操作所分配的设备。每个卫星接收器100还可选地连接到网络连接，经由该网络连接可以更新或修改卫星信道列表。
经由网络120在物理上并且经由操作员PC软件在结构上发生嵌入式系统110或140以及从而所分配的设备100或130的控制。如果必需，则若干这样的操作员站150允许设备的控制。
与已知的类似系统相比，根据本发明的系统以更通用的方式设计，且其拥有以下的核心属性：
-用于数字电视和数字媒体内容的、基于灵活硬件的多功能视频游戏和可视化系统，组合了基于自由可选择的全球硬件视频流网络和游戏可视化及交互直播内容显示。
-由模块设置几乎可任意缩放(也参见图3)。客户端可以访问数百服务器流。仅有的限制是所使用的网络的容量。
-客户端和服务器的划分。服务器接收图像数据并将其馈送到网络。客户端接收网络流，并将其以非常不同的方式显示。经由网络交互控制(例如PC、IPad、网络兼容的设备)。同时混合用作客户端和服务器是可能的。
-不同的源，其可以经由卫星或本地或远程(全球世界范围内！)的网络来馈送(实时网络摄像头、数字和模拟电视源、硬盘、磁盘数据、媒体播放器等)。
-高达全HD的分辨率
-接收图像源并根据硬件中的现有技术的H.264方法来实时编码(数据减小以通过网络发送)
-每客户端模块解码若干H.264源数据流。
-通过客户端的不同可视化模式(也参见图10)：
○1个流
○2个同步流
○每电视4个同步流
○3个旋转流
○6个流等
○视频墙模式，其中可以将一个或若干个流分发到由多个监控器组成的墙上
○不同流的交错淡变模式(蓝盒)
○在游戏应用中直播流的衰落/交错淡变。
○由用户进行的交互控制模式
○根据需要重复播放视频流的功能
.在硬件中实时对数据流进行加密和解密
.交互改变数据流和显示模式或者重新显示视频内容的交互能力。
.经由网络的传输以及经由交换机系统(即，千兆以太网、UDP协议等)的分发。
.使用组合的FPGA和DSP/特别的芯片技术(实时硬件)
在图2中示意性描绘了用于视频处理的视频分发系统和嵌入式系统的基本概念，并且该概念是基于组合的两个功能单元：用于压缩和解压缩的H.264视频功能以及用于利用硬件防火墙和实时数据加密的网络安全的功能。
H.264视频单元
嵌入式系统的视频单元由一个或若干个H.264编码器和一个或若干个H.264解码器组成，其中编码器可以使用现有技术的H.264方法实时压缩图像数据，而解码器可以同时解码和显示若干个压缩的图像数据流。图像和声音数据经由具有多达每秒60帧的HDMI/PAL源或者照相机系统来接收并发送至嵌入式系统，该嵌入式系统作为服务器进行操作，且其拥有、记录和压缩这些数据为H.264数据格式。然后，图像数据流可以未被压缩地传输至PC或监控器或可以经由网络连接来发送。这在图9中进行了示意性描绘。
GigE版本兼容的照相机、具有HDMI输出的卫星接收器、DVD播放器或适配于HDMI输出的其他设备充当图像数据源。
嵌入式系统额外拥有相反的功能(客户端)。馈送H.264以及MPEG2数据流是可能的，该数据流在该嵌入式系统中被实时解压缩且并且其既可以被记录也可以经由HDMI被直接输出。这在图10中进行了示意性描绘。从而，以渐进和交错的数据格式(隔行扫描)播放视频以及根据需要对其去交错是可能的。
图10.1a、10.2a示出了单个视频数据流，其被缩放显示且被定位在显示器(LCD、LED、电视等监视器上)并且利用背景颜色衬托。
图10.1b、10.2b示出了两个单个的视频数据流，其被缩放及定位以及利用背景颜色衬托。两个视频中的一个被缩放得更小并且处于前景中。
图10c示出了两个单独的视频数据流，其都被缩放且定位及利用背景颜色衬托。两个视频中的一个被缩放得更小且以与其他视频混合(混合)的方式示出。
图10d示出了四个单独的视频数据流，所有四个视频数据流都被缩放且处于固定的位置(非重叠)。
图10e示出了三个单独的视频数据流，所有三个视频数据流都被缩放且旋转90°，且处于固定的位置(非重叠)。
图10f示出了六个单独的视频数据流，所有六个视频数据流都被缩放且具有固定的位置(非重叠)。
图10g示出了在利用4个监视器实现的视频墙上的视频数据流，其中4个监控器中的每一个显示了要被示出的完整图像的各个部分。
构造整个系统以使得在物理上仅需要单个类型的嵌入式系统(视频安装向导模块)。针对数据流的安全性以及针对产品盗版的安全性设计了该嵌入式系统。
从而，以在单个千兆比特网络流(这取决于数据流的分辨率)中可以实现具有超过100个服务器和客户端的系统的方式，来设计视频分发系统。可供选择地，可以以树状结构来级联数据流。在图3中示意性描绘了具有许多组件的系统。
嵌入式系统的第二个同步功能由网络安全性功能组成，其大大地增加了经由硬件实现的防火墙和AES实时数据加密的数据传输安全性。从而，在本情况下，核心功能是网络流量的256比特AES加密以及具有端口激活和日志功能的硬件防火墙。
嵌入式系统的通用设置：
概念上，嵌入式系统400由单个组件或模块(“视频安装向导硬件”)组成，其通过包含用于独立操作的另外的功能的母板710来补充。
功能上，该模块能够实现服务器功能、客户端功能、以及网络安全功能。这些在下文更详细地进行了描述。
通过设置，嵌入式系统(参见图5和图8)由FPGA和嵌入式处理器、GPU以及专用硬件技术(在所使用的DSP中的全部三个功能)的组合组成。从而，这两个单元共享不同的功能。对于实时计算和处理照相机210的GigE数据、处理HDMI输入数据、以及尤其是PC连接和安全方面，FPGA410的功能是必需的，DSP实现了DVI输出和缩放以及作为编码器/解码器的H.264数据处理。
有利地，通过嵌入式系统的方式，解耦合视频安装向导模块的驱动器(例如，针对诸如嵌入式视窗XP和Linux的不同的操作系统)是可能的，其中被设计为PC插卡的视频安装向导模块，逐渐作为网卡融入到操作系统环境。从而，该连接是网络驱动器，其允许使用操作系统的所有标准化的网络程序。经由低级别用户库来实现第二访问接口，该用户库提供了必需的控制、图像生成和DMA功能。FPGA可以结合TI协同处理器来提供网络功能。例如，结合所谓的应用程序接口API134以及单独的网络驱动器135提供了图像数据和控制驱动器133(比较图13和图12)。
服务器功能
在图5中以及部分地在图12中(网络的左侧)示意性描绘了嵌入式系统的服务器功能，且该功能由以下的详细功能组成：
.接收多达1920x1080p60(逐行，60Hz)的HDMI数据流或照相机数据流；
.以H.264格式压缩图像数据流和音频数据流；
.将控制和音频数据打包到H.264数据流中；
.具有经由千兆比特以太网访问(经由服务器PC510)嵌入式系统的内置寄存器的单机能力；
.针对产品盗版的单独的FPGA安全性；
.数据流的AES加密；
.经由GigE网络发送压缩数据
客户端功能
在图6以及部分地在图12(在网络的右侧)中示意性描绘了嵌入式系统的客户端功能且该功能由以下详细的功能组成：
.经由GigE网络分别接收压缩的数据或数据流；
.数据流的AES解密；
.分别从H.264解压缩图像数据和音频数据或从数据流提取控制数据；
.在适当的情况下解压缩MPEG2图像数据流；
.用于实现逐行图像材料的高质量去交错功能；
.图像缩放；
.从H.264数据流以每秒60帧恢复图像数据流；
.具有经由千兆比特以太网访问(经由客户端PC610)嵌入式系统的内置寄存器的单机能力；
.针对产品盗版的单个FPGA安全性；
.输出视频音频和控制数据；
嵌入式系统(视频安装指南)可以优选地以组合的模式使用。例如，客户端和服务器的混合(具有部分选择功能)或记录若干输入数据流到新的输出流是可能的。
网络功能(防火墙和数据加密)
嵌入式系统的网络功能由硬件实现的防火墙和AES实时数据加密组成，其中数据传输安全性大大增加。从而，在该情况下，核心功能是网络流量的256比特AES加密和具有端口激活及日志功能的硬件防火墙131。具体而言，FPGA410主要实现网络功能(图13)。
-从而，FPGA包含256比特的AES实时加密单元132，其分别加密或解密流入和流出的网络数据。
-在不同的H.264数据流之间选择是可能的，该数据流经由网络被发送到嵌入式系统内/外。
-防火墙131允许经由规则表过滤IP、端口和Mac地址。
-防火墙131的可调日志功能允许记录对嵌入式系统的有效/无效的访问企图上。
-可选地，如果每秒发生太多未经允许的对嵌入式系统的访问，则在一定量的失败企图或触发报警之后，可以自动阻止未上锁的端口/IP/Mac地址。关于此事，在系统中提供了失败企图监控模块，其监控超过所定义的阈值的失败企图的发生。
安全性和稳定性
针对产品盗版的安全性
通过在嵌入式系统中保存单个硬件序列号的方式，可以确保嵌入式系统仅能利用单个激活码来操作。从而，用于复制的模块副本是无意义的。在该系统中，可以提供激活码监控模块161，其能够利用数据库执行对激活码的监控和比较，且如果必需的话，则其可以在没有发生激活码或密码匹配的情况下发出激活码警告信号，或可以在发生激活码或密码匹配的情况下发出激活码核准的信号。
在图像和数据传输期间的安全性
可选地，可以利用AES加密方法经由网络保证图像数据流的安全性，其中数据避免了传输路径中的攻击者。这涉及了经由互联网以及例如在赌场中的内部传输的数据传输。
针对图像数据传输和显示期间的失败的高安全性和安全保障。通过使用两个独立的具有实时计算能力的组件，实现了具有高输出预留的高操作安全性。
利用独立性的稳定性
通过嵌入式系统独立于PC控制的方式，增加了整个应用的稳定性。在整个系统的一部分失败的情况下，嵌入式系统继续独立工作。
利用硬件防火墙的网络安全性
通过使用硬件防火墙，可以避免经由未被允许的端口、未被激活的IP地址、或未被授权的Mac地址的、来自外面的未授权访问。此外，日志允许记录被允许的和未被允许的访问。通过使用硬件防火墙，在容量过载的情况下，防火墙不能如同针对软件实现的防火墙的情况那样，偶然地让未被允许的包通过。
可以实现对所描述的实施例的许多修改和发展。例如，还可以在没有网络的情况下使用根据本发明的嵌入式系统，其中该系统同时提供了服务器和客户端功能。此外，可以使用不同的密码和加密标准或方法，以及根据应用的期望领域，可以在不改变本发明的本质的情况下，使用不同的接口、网络协议和网络架构。
术语
图像数据流、音频数据流、视频数据流、组合数据流；我们认为这些术语指具有各个内容(图像、音频、视频)的各个信道的数据流。组合数据流包含了图像以及音频数据。从而，视频数据流可以是图像数据流或组合数据流。
客户端/服务器
我们认为术语客户端和服务器指所谓的流客户端或流服务器。术语流客户端针对流媒体指定了特定的客户端，其可以是软件或硬件。典型的流客户端支持诸如RTP、RTCP、和/或RSVP之类的特定流协议。术语流服务器指定了用于经由网络分发流媒体的决定的服务器。典型的流服务器支持诸如RTP、RTSP、RTCP、和RSVP(针对QoS方法IntServ的辅助协议)之类的特定流协议。从而，术语流媒体指定了从计算机网络接收且同步播放的音频和视频数据。数据传输过程本身被叫做流，且所传输的(“被流的”)程序被叫做直播流或简短流。
(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Streaming-Client,http://de.wikipedia.org/wiki/Streaming-Server以及
http://de.wikipedia.org/wiki/Streaming_Media)
嵌入式系统
术语嵌入式系统(工程学的嵌入式系统)描述了电子数据处理器或计算机，其被嵌入(嵌入)到技术环境中。从而，数据处理器假定既具有监控、控制、或监管功能，又负责数据形成或信号处理，例如，在加密或解密、编码或解码、或滤波期间。(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Eingebettetes_System引用)。
硬件模块
我们认为术语硬件模块指电子组件，其为了某些目的被优化且主要实时执行其功能。典型地，DSP、诸如FPGA的可编程硬件、特定ASIC(专用集成电路)、或其组合被用于这样的目的。这些也可以包含嵌入式微处理器(即，ARM处理器)。在本申请的背景下，术语硬件模块不包括多目的微处理器，其未针对本申请中所指出的目的而被优化。在个人计算机中，多目的微处理器(即，利用英特尔或AMD)典型地被发现在个人计算机中用作中央处理单元。
DSP
数字信号处理器或DSP用作连续处理数字信号(即，音频或视频信号)的目的。为了处理模拟信号，结合模数转换器和数模转换器使用DSP。与多目的微处理器DSP相比较，DSP包含处理器，其针对频繁需要的数学操作进行了速度优化。一些DSP已经在其输入和输出处包含了必需的A/D和D/A转换器。
DSP必须能够每时间单位安全处理一定量的数据。这是由于通常是固定的且外部给定的数据速率的要求，输入数据以该速率进入DSP或被处理的数据必须以该速率被再次写入。在大多数情况下，在数据处理期间，及时的“握手”或停止是不可能的。例如，以下的措施可以用于增加处理速度：
ο用于输入和输出的特定的同步、串行接口
ο在机器周期中用于同步相乘和相加的所谓的MAC命令(乘法-累加器)
ο在没有软件开销的情况下，用于实现闭环和循环缓冲结构的地址生成器
ο哈佛架构(命令存储器在逻辑上和物理上与数据存储器分离)
ο所决定的硬件栈。
O在周期中重复访问存储器
(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Digitaler_Signalprozessor引用)
FPGA
现场可编程门阵列或FPGA是集成电路，可以将逻辑电路编程到其中。
但是，在该上下文中的术语编程要与描述用于常规处理器的软件设计的术语区分开。在FPGA中，通过硬件描述语言的方式或以线路图的方式生成电路结构，且这些数据被发送至用于配置的组件。从而，激活或去激活了某些开关位置，导致了具体实现的数字电路。从而，还使用术语FPGA的配置来代替术语编程。利用内部结构的特定配置，可以在FPGA中实现不同的电路，终极是例如微处理器的高度复杂的结构。
主要使用了FPGA，其中电路中的灵活的改变和快速的信号处理具有重要性，例如，为了在无需直接改变物理硬件的情况下，在已实现的功能中引入后续改进。
上述配置典型地在每一次使用之前发生一次，其中为了特定功能来配置FPGA，一旦切断操作电压则该功能再次丢失。从而，在大多数情况下，向FPGA分配非易失性存储器，其存储上述配置，其内容自身也是可更新的。
例如，FPGA用于实时处理简单到复杂的算法，以用于在数字滤波器的范围中进行数字信号处理，或用于进行傅立叶变换，但是也用于诸如以太网MAC层的部分的协议实现、编码数字视频信号、加密数据或错误修正方法、以及用于数字存储示波器。
(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Fpga)
以太网，GigE
以太网是一种技术，其专指用于系留的(tethered)数据网络的软件(协议等)和硬件(线缆、分离器、网卡等)。以太网便利了在连接到本地网络(LAN)的设备之间以数据包的形式实现数据交换。当前，指定了10兆比特/秒、100兆比特/秒(快速以太网)、1000兆比特/秒(千兆比特以太网，GigE)、直到100千兆比特/秒的传输速率。在其传统的实施例中，LAN仅延伸直到一个；经由光纤的以太网也具有受限的范围。
防火墙
防火墙是安全系统，其保护网络或单个计算机免受不想要的网络访问。防火墙用于基于发送方地址或目标地址和所使用的服务来限制网络访问。其监控数据流量并根据指定的规则决定特定的网络包是否可以通过这里。根据网络地址的数据包的简单过滤是所有防火墙的基本功能。所谓的包过滤防火墙的任务包括根据其网络地址而阻止网络包或允许其通过。为了该目的，其评估网络包的头部信息。简单包过滤使用静态规则工作且分别观察每个网络包，并从而不与先前的网络包建立关系。相比之下，存在扩展种类(受控状态)的包过滤，其记录这样的关系。以此方式，进一步限制了对已经请求了通信的源系统的访问。
HD
该缩写代表“高清晰度”，(工程学)，其中在我们的情况下，指1280×720或1920×1080像素的图像分辨率，其中更高的分辨率也被叫做“全高清”。
视频分辨率包括与图像分辨率相同的参数(行和列或像素数、纵横比)且利用帧速率的时间方面来扩展这些。从而，其不得不在部分(大多利用隔行扫描的一半图像，交错的)以及全部的图像(帧、逐行扫描)重复之间进行区分。一般的帧的重复率是24、25、50、或60Hz。在HDTV领域，720p和1080i常见。人们谈论的全高清从1080p25，指的是1920×1080像素，逐行，25Hz。(根据http://de.wikipedia.org/wiki/http://de.wikipedia.org/wiki/Full_HD和http://de.wikipedia.org/wiki/High_Definition_Television)
视频
我们认为视频指有或没有声音的移动图像或图像流。
隔行扫描、逐行扫描
隔行扫描用于减小电视工程中的闪烁。发展其以利用最小的带宽显示无闪烁的信号。从而，由两个不同的一半的图像构成完整的图像(帧)。在图像形成期间，仅输出设备的奇数行被显示用于第一半图像；如果其是完整的，则第二半图像由偶数行构成。人眼不是将单行觉察为闪烁，而是觉察为移动，且在理想的情况下，将跳动的行集成为完整的图像。
逐行扫描(工程学上的逐行扫描)指定了一种图像构成中的技术，其中与隔行扫描相比，输出设备不接收隔行扫描的一半图像，而是实际的完整图像。
(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren和http://de.wikipedia.org/wiki/Vollbildverfahren引用)。

Claims (18)

1.一种利用实现以下功能的硬件模块进行视频处理的嵌入式系统：
a)服务器功能，其中为了实现所述服务器功能，实现以下功能：
a1)接收至少一个图像数据流和至少一个音频数据流；
a2)压缩所述图像数据流和音频数据流中的至少一个，在每一情况下分别产生组合的数据流；
a3)经由基于协议的网络，输出组合的数据流中的至少一个；
b)客户端功能，其中为了实现所述客户端功能，实现以下功能：
b1)从所述基于协议的网络接收至少一个组合的数据流；
b2)解压缩所述至少一个组合的数据流；
b3)输出所述组合的解压缩图像数据流以及音频数据流；
c)其中，所述硬件模块以这样的方式设计以便其
c1)压缩和解压缩连续的组合数据流，以及
c2)通过在系统中保存的硬件序列号和/或个人激活码的方式实施个人安全性以及
c3)包括激活码监控模块，该激活码监控模块实施激活码的监控和比较。
2.根据前述权利要求所述的嵌入式系统，其特征在于，用于实现所述服务器功能和所述客户端功能的硬件模块被布置在联合电路板上。
3.根据前述权利要求所述的嵌入式系统，其特征在于，所述联合电路板被设计为PC插入卡且在PC操作系统环境中显示为网卡。
4.根据前述权利要求所述的嵌入式系统，其特征在于，所述激活码监控模块被适配为发出激活码警告信号或激活码核准信号。
5.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，适配所述硬件模块以使其能够以每秒至少60帧和至少1920x1080像素的分辨率来压缩和解压缩连续的图像数据流和音频数据流，而没有数据堵塞。
6.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，根据H.264或H.265标准执行对所述数据流的所述压缩。
7.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于
a.所述服务器功能实现了用于对组合的数据流的加密的功能；以及
b.所述客户端功能实现了用于对至少一个组合的数据流进行解密的功能。
8.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于
a)用于经由所述基于协议的网络接收超过一个的组合的数据流的硬件模块；
b)用于对超过一个的组合的数据流进行解压缩的硬件模块；
c)用于对超过一个的解压缩的图像数据流和音频数据流进行缩放和/或旋转和/或融合和/或交错淡变的硬件模块；
d)用于对超过一个的解压缩的图像数据流和音频数据流进行联合输出以在监控器上同时显示的硬件模块；以及
e)用于向若干监控器分别输出一个或多个组合的数据流的硬件模块，上述若干监视器被布置为视频墙。
9.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，用于将已经通过隔行扫描所记录的图像数据流转换成逐行扫描的硬件模块。
10.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，
a)具有BIOS的存储模块；
b)具有操作系统的存储模块；以及
c)用于经由所述基于协议的网络接收控制信号的模块。
11.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，用于输出控制信号以远程控制连接的设备的模块。
12.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，
a)用于中间存储和重复输出至少一个组合的数据流的硬件模块；以及
b)用于由至少一个输出数据流的观测者对嵌入式系统交互控制的模块。
13.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，用于提高图像数据流的图像质量的硬件模块，其提供以下功能：
a)改变亮度；和/或
b)改变图像清晰度；和/或
c)改变对比度；和/或
d)颜色修正；和/或
e)噪声抑制；和/或
f)减少伪像；和/或
g)应用另外的过滤器。
14.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，所述硬件模块包括FPGA，其中由所述FPGA提供以下功能：
a)连接到所述基于协议的网络；
b)防火墙；
c)如果所述嵌入式系统作为服务器进行操作，则加密所述要被输出的组合的数据流；以及
d)如果所述嵌入式系统作为客户端进行操作，则解密所述至少一个组合的数据流。
15.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，FPGA的配置被单独加密。
16.根据前述权利要求中的一个所述的嵌入式系统，其特征在于，硬件模块包括DSP，其中通过所述DSP提供以下功能：
a)如果所述嵌入式系统作为服务器进行操作，则压缩所述图像数据流和音频数据流中的至少一个，在每一情况下产生组合的数据流；
b)如果所述嵌入式系统作为客户端进行操作，则解压缩所述至少一个组合的数据流；以及
c)如果所述嵌入式系统作为客户端进行操作，则经由接口缩放和输出解压缩的图像数据流和音频数据。
17.一种用于从至少一个视频源接收并分发至少一个视频数据流的视频分发系统，其具有
a)基于协议的网络
b)根据前述权利要求中的一个的至少一个嵌入式系统，其作为服务器进行操作并经由基于协议的网络接收、压缩并输出来自至少一个视频源的至少一个图像数据流；以及
c)根据前述权利要求中的一个的至少一个嵌入式系统，其作为客户端进行操作并从基于协议的网络接收至少一个压缩的数据流，经由接口解压缩和输出该数据流。
18.根据前述权利要求的视频分发系统，其中
a)卫星电视接收器或有线电视连接器或DVBT接收器或PCs或媒体播放器被用作为视频源；以及
b)监控器被连接到所述嵌入式系统的接口，该嵌入式系统作为客户端进行操作，通过该接口输出数据流。
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