CN110798688A

CN110798688A - 一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统

Info

Publication number: CN110798688A
Application number: CN201911145517.9A
Authority: CN
Inventors: 陈伟斌; 陈连斌
Original assignee: Zhuhai Changsheng Wire & Cable Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Changsheng Wire & Cable Co Ltd
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-02-14

Abstract

本发明涉及高清视频技术领域，具体是一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，包括高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备，所述高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备上分别连接有组网，用于数据的高速传输，所述高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备的整体上设置有系统监控管理。本发明实现编解码的低延迟，采用图像分割帧方式，将完整一帧图像的列进行拆分的方式，可减少缓存等待的时间，多种组网对高清图像传输的参与，使得高清图像的传输效率更高，达到实时传输的效果，让人们能够以多种形式实现人机的交互。

Description

一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统

技术领域

本发明涉及高清视频技术领域，具体是一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统。

背景技术

随着数字媒体行业的蓬勃发展，与数字信号传输相关的多媒体设备的数量也在飞速增长，人们对数字信号在传输设备之间传输的高效性和可靠性等需求也在逐步提升。

当前社会中人们获取信息的途径更加趋于即时性，尤其对直播的需求日益旺盛。传统广播级直播设备结构复杂、设备搭建困难，对使用者专业性要求过高。而传统直播方式由于清晰度低，稳定性不足，无法接入高清摄影设备等缺陷，导致其无法胜任对直播清晰度高和稳定性要求严的场景，现有的视频采集多采用高清摄像机，但其在实时传输过程中的延时较高，同时，对于高清视频编码的效果不好，在传输过程中使得高清视频受损，影响人们的观看效果，因此，亟需设计一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统来解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，以解决上述背景技术中提出的现有的视频采集多采用高清摄像机，但其在实时传输过程中的延时较高，同时，对于高清视频编码的效果不好，在传输过程中使得高清视频受损，影响人们的观看效果问题。

本发明的技术方案是：一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，包括高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备，所述高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备上分别连接有组网，用于数据的高速传输，所述高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备的整体上设置有系统监控管理，所述高清视频采集模块和压缩编码模块之间设置有用于对视频图像处理的预处理，所述压缩编码模块上互通有存储模块。

进一步地，所述用户交互设备包括手机、电脑所使用的主机、超高清显示器、用于网络传输的高速数据线和平板等电子配件。

进一步地，所述系统监控管理用于对高清视频采集模块、压缩编码模块、协议封装推流模块、解码模块和用户交互设备进行监控管理。

进一步地，所述存储模块包括如下步骤：检测压缩编码模块中存储节点的个数；根据压缩编码模块中存储节点的个数进行自适应调整码字，对需要存储的文件进行自适应编码；将编码后的文件按节点个数进行等分；将等分后的文件以统一的文件封装格式封装成文件块，各文件块均包含编码块、信息块和校验块，所述编码块中包含码字信息；将封装后的文件块存储至系统中的各节点；当某一节点发出文件需求请求，则检测在线存储节点并判断节点是否完整；若节点完整，则将所有在线存储节点的信息块发送至文件请求节点，按顺序重组获得原文件；若节点不完整，则利用仍在活动的在线存储节点的文件块译码获取缺失的信息块，将译码出缺失的信息块和现有的信息块按顺序重组获得原文件；在存储节点对丢失的信息块进行恢复后，再次利用自适应编码方法进行二次编码和文件封装以重新恢复丢失的文件块，并将重新恢复的文件块按顺序存储在仍在活动的在线存储节点上。

进一步地，所述预处理是基于全帧分割技术和FPGA全硬件方式实现高清图像的并行处理编解码压缩算法，高清图像的分割数为2时，列大小为540，缓存时间为16.5ms；高清图像的分割数为4时，列大小为270，缓存时间为8.25ms；高清图像的分割数为8时，列大小为135，缓存时间为4.16ms；高清图像的分割数为16时，列大小为68，缓存时间为2.1ms。

进一步地，所述压缩编码模块的编码方式为MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1、DIVX、XVID、WMA-HD、X264等其中的一种。

进一步地，所述高清视频采集模块为HDMI采集卡、VGA采集卡、DVI采集卡、SDI采集卡、USB3.0采集卡、高清采集卡、流媒体采集卡等其中的一种或者多种方式。

进一步地，所述组网包括4G网络、光纤网络和WHDI无线网络，且4G网络是基于信号基站而搭设，所述WHDI无线网络包括信号发射端和信号接收端。

本发明通过改进在此提供一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

(1)通过多种组网对高清图像传输的参与，使得高清图像的传输效率更高，其延迟更低，能够达到实时传输的技术要求，达到实时传输的效果，给人们的视觉更好的享受。

(2)本发明是基于全帧分割技术和FPGA全硬件方式实现高清图像的并行处理编解码压缩算法，是一种对压缩编码模块的低延迟改进方法，从而实现编解码的低延迟，采用图像分割帧方式，将完整一帧图像的列进行拆分的方式，可减少缓存等待的时间，如采用16分割的方式，可将33.3ms的编码等待时间缩减到2.1ms左右。

(3)多种用户交互设备，如手机、电脑所使用的主机、超高清显示器、用于网络传输的高速数据线和平板等电子配件，让人们能够以多种形式实现人机的交互，达到更高质量的视频共享的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明的用户交互设备示意图；

图3是本发明的预处理方法示意图；

图4是本发明的码流传输结构结构示意图；

图5是本发明的组网结构示意图。

附图标记说明：

1高清视频采集模块、2压缩编码模块、3协议封装推流模块、4解码模块、5用户交互设备、6预处理、7组网、8存储模块、9系统监控管理、10手机、11主机、12超高清显示器、13高速数据线、14平板、15图像分割、16 4G网络、17信号基站、18光纤网络、19 WHDI无线网络。

具体实施方式

下面将结合附图1至图5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明通过改进在此提供一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，如图1-图5所示，包括高清视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4和用户交互设备5，高清视频采集模块1用于从前端摄像头获取高清视频原始图像流，对采集的高清视频原始图像进行尺寸预处理和降噪预处理，压缩编码模块2根据预设的编码参数对接收到的高清视频图像进行H.264压缩编码，并将压缩编码得到的视频裸流输入至协议封装推流模块3，解码模块4用于对前端的高清视频图像进行解码，并传输至用户交互设备5，供人们观看，所述高清视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4和用户交互设备5上分别连接有组网7，用于数据的高速传输，包括高清视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4和用户交互设备5的整体上设置有系统监控管理9，高清视频采集模块1和压缩编码模块2之间设置有用于对视频图像处理的预处理6，压缩编码模块2上互通有存储模块8。

进一步地，用户交互设备5包括手机10、电脑所使用的主机11、超高清显示器12、用于网络传输的高速数据线13和平板14等电子配件，让人们能够以多种形式实现人机的交互，达到更高质量的视频共享的目的。

进一步地，系统监控管理9用于对高清视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4和用户交互设备5进行监控管理，保证了高清视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4和用户交互设备5高效有序的对高清图像进行处理。

进一步地，存储模块8包括如下步骤：检测压缩编码模块2中存储节点的个数；根据压缩编码模块2中存储节点的个数进行自适应调整码字，对需要存储的文件进行自适应编码；将编码后的文件按节点个数进行等分；将等分后的文件以统一的文件封装格式封装成文件块，各文件块均包含编码块、信息块和校验块，编码块中包含码字信息；将封装后的文件块存储至系统中的各节点；当某一节点发出文件需求请求，则检测在线存储节点并判断节点是否完整；若节点完整，则将所有在线存储节点的信息块发送至文件请求节点，按顺序重组获得原文件；若节点不完整，则利用仍在活动的在线存储节点的文件块译码获取缺失的信息块，将译码出缺失的信息块和现有的信息块按顺序重组获得原文件；在存储节点对丢失的信息块进行恢复后，再次利用自适应编码方法进行二次编码和文件封装以重新恢复丢失的文件块，并将重新恢复的文件块按顺序存储在仍在活动的在线存储节点上。

进一步地，预处理6是基于全帧分割技术和FPGA全硬件方式实现高清图像的并行处理编解码压缩算法，是一种对压缩编码模块的低延迟改进方法，从而实现编解码的低延迟，高清图像的分割数为2时，列大小为540，缓存时间为16.5ms；高清图像的分割数为4时，列大小为270，缓存时间为8.25ms；高清图像的分割数为8时，列大小为135，缓存时间为4.16ms；高清图像的分割数为16时，列大小为68，缓存时间为2.1ms，采用图像分割帧方式，将完整一帧图像的列进行拆分的方式，可减少缓存等待的时间，如采用16分割的方式，可将33.3ms的编码等待时间缩减到2.1ms左右。

进一步地，压缩编码模块2的编码方式为H.264，是由国际电信联盟所制定的新一代的视频压缩格式；H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍；正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

进一步地，高清视频采集模块1为HDMI采集卡，以更好的方式实现对视频图像的采集，保证了高清图像的质量。

进一步地，组网7包括4G网络16、光纤网络18和WHDI无线网络19，且4G网络16是基于信号基站17而搭设，WHDI无线网络19包括信号发射端和信号接收端，多种组网7的参与，使得高清图像的传输效率更高，其延迟更低，能够达到实时传输的技术要求。

本发明的工作原理为：通过高清视频采集模块1采集从前端摄像头获取高清视频源，并对采集的高清视图像进行尺寸预处理和降噪预处理；通过对高清视频采集模块的预处理6，采用图像分割帧方式，将完整一帧图像的列进行拆分的方式，可减少缓存等待的时间，如采用16分割的方式，可将33.3ms的编码等待时间缩减到2.1ms左右，把预处理6之后的视频图像利用压缩编码模块2进行编码处理，并输送至协议封装推流模块3，最后通过解码模块4对高清视频图像进行解码，人们可利用手机10、电脑所使用的主机11、超高清显示器12、用于网络传输的高速数据线13和平板14等电子配件，让人们能够以多种形式实现人机的交互，达到更高质量的视频共享的目的，上述的视频采集模块1、压缩编码模块2、协议封装推流模块3、解码模块4、用户交互设备5、预处理6、存储模块9和系统监控管理9均在连接组网7的情况下完成。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：包括高清视频采集模块(1)、压缩编码模块(2)、协议封装推流模块(3)、解码模块(4)和用户交互设备(5)，所述高清视频采集模块(1)、压缩编码模块(2)、协议封装推流模块(3)、解码模块(4)和用户交互设备(5)上分别连接有组网(7)，用于数据的高速传输，所述高清视频采集模块(1)、压缩编码模块(2)、协议封装推流模块(3)、解码模块(4)和用户交互设备(5)的整体上设置有系统监控管理(9)，所述高清视频采集模块(1)和压缩编码模块(2)之间设置有用于对视频图像处理的预处理(6)，所述压缩编码模块(2)上互通有存储模块(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述用户交互设备(5)包括手机(10)、电脑所使用的主机(11)、超高清显示器(12)、用于网络传输的高速数据线(13)和平板(14)等电子配件。

3.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述系统监控管理(9)用于对高清视频采集模块(1)、压缩编码模块(2)、协议封装推流模块(3)、解码模块(4)和用户交互设备(5)进行监控管理。

4.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述存储模块(8)包括如下步骤：检测压缩编码模块(2)中存储节点的个数；根据压缩编码模块(2)中存储节点的个数进行自适应调整码字，对需要存储的文件进行自适应编码；将编码后的文件按节点个数进行等分；将等分后的文件以统一的文件封装格式封装成文件块，各文件块均包含编码块、信息块和校验块，所述编码块中包含码字信息；将封装后的文件块存储至系统中的各节点；当某一节点发出文件需求请求，则检测在线存储节点并判断节点是否完整；若节点完整，则将所有在线存储节点的信息块发送至文件请求节点，按顺序重组获得原文件；若节点不完整，则利用仍在活动的在线存储节点的文件块译码获取缺失的信息块，将译码出缺失的信息块和现有的信息块按顺序重组获得原文件；在存储节点对丢失的信息块进行恢复后，再次利用自适应编码方法进行二次编码和文件封装以重新恢复丢失的文件块，并将重新恢复的文件块按顺序存储在仍在活动的在线存储节点上。

5.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述预处理(6)是基于全帧分割技术和FPGA全硬件方式实现高清图像的并行处理编解码压缩算法，高清图像的分割数为2时，列大小为540，缓存时间为16.5ms；高清图像的分割数为4时，列大小为270，缓存时间为8.25ms；高清图像的分割数为8时，列大小为135，缓存时间为4.16ms；高清图像的分割数为16时，列大小为68，缓存时间为2.1ms。

6.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述压缩编码模块(2)的编码方式为MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1、DIVX、XVID、WMA-HD、X264等其中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述高清视频采集模块(1)为HDMI采集卡、VGA采集卡、DVI采集卡、SDI采集卡、USB3.0采集卡、高清采集卡、流媒体采集卡等其中的一种或者多种方式。

8.根据权利要求1所述的一种基于实时传输的高清视频压缩编码系统，其特征在于：所述组网(7)包括4G网络(16)、光纤网络(18)和WHDI无线网络(19)，4G网络(16)是基于信号基站(17)而搭设，所述WHDI无线网络(19)包括信号发射端和信号接收端。