CN1149795A - 多媒体数字传输广播系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能多媒体数字传输广播系统，该系统用计算机对多媒体信息进行采编，利用变速率编/解码技术，将模拟信息转换为数字信号，并按特定规则进行分群组、压缩编码，然后分别使用多路数字传输信道(无线则使用不同的频段)发送；用户凭本系统的多媒体信息专用接收卡，可有选择地接收、存储来自数字传输信道(或无线中的不同频段)的信息流，并对其解调、解压、解码、数模转换，最终通过计算机屏幕和扬声器再现图、文、音、像信息；或选择编辑存盘、打印输出等。

Description

多媒体数字传输广播系统

本发明涉及计算机通信领域，尤其是一种利用多路数字传输信道传输的智能多媒体数字传输广播系统。

现有的广播系统，无论是播音还是广播电视、有线广播或无线广播，均是基于模拟传输的广播系统。模拟传输技术成熟，应用普遍，但存在抗干扰性能差、安全性能差、压缩比受限制、不能实现时分复用、难以传输高质量的活动图像、频率利用率不高等局限性。全数字传输技术具有抗干扰能力强、所需传输功率低(仅为模拟传输功率的8％-10％)、易加密、保密性好、压缩能力强、信号处理方便、可实现时分复用(TDMA)、可获得比模拟传输更好的信号质量，可实现与模拟电视同播等优点。现有的数字传输虽然也大量使用最新的数据压缩技术，例如正在试验中的高清晰数字电视(HDTV)，但都还是只使用一个有线或无线频率，现有技术的根本问题在于：无论数据压缩技术多快，在理论上单路传输总是有限的，总是无法满足日益发展的多媒体信息传输的需要，除非是发展多路并行传输。然而，迄今为止，尚未见数据多路并行传输技术的公开报道。

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，利用现有数据传输技术及多媒体信息处理技术的新成果而构造一种在数字传输网上开放的多媒体数字传输广播系统。该系统利用计算机及人工智能技术对多媒体信息进行分类和标识，将声音和图像信号分别进行模/数转换，将各路信号群组都变为数字形式，再分别利用不同的变速率编码器，按特定的规则编码、数据压缩和归类，然后分别进行速率变换(含延时调节和质量控制)、分群组“打包”以适应多路传输，加纠错码后再调制成特定的数字信息流，便可由计算机利用人工智能控制，利用有线或无线的方式，采用多路数字传输信道并行发送而实现多媒体信息广播。用户凭本系统的计算机专用装置——内含变速率解码器的专用接收卡，可有选择地接收并处理广播中心广播的多媒体信息——特定的数字信息流，经过数字解调、纠错校正、群组鉴别、解包、速率逆转换、解压缩、数据类型鉴别、信源译码(含播放控制)，最终通过计算机终端屏幕和扬声器再现所接收到的多媒体信息，也可以选择存盘或打印输出。该系统能通过一种或多种(含卫星、DDN、ATM、无线电数字微波等)数字传输信息通道，提供各式各样的多媒体综合信息服务。

本发明的目的是通过采用如下措施实现的：

构造一种多媒体数字传输广播系统，由广播中心计算机网络、多媒体输入输出设备、数字信道接口设备、数字传输信道、接收终端机组成。广播中心计算机网络对从多媒体输入设备输入的多媒体信息进行编辑、编码处理生成数字信息流，再借助数字信道接口设备并通过数字传输信道发送；接收终端机借助专用接收卡从数字传输信道接收到上述数字信息流后，经解码再造往多媒体输出设备输出而重现多媒体信息；本发明的结构特点是该系统还包括：

(1)用于对多媒体信息进行采编、分类和标识的专用计算机编辑系统；该系统由编辑计算机、连接多媒体输入输出设备的通信网络和专用智能控制程序组成，该编辑系统由专用智能控制程序控制，对多媒体输入设备输入的多媒体信息进行采编和编辑、A/D转换、并对转换后的信息分类和标识，将其分为视频、音频和文本/数据三种信息。

(2)用于对多媒体信息进行编/解码的多媒体信息变速率编/解码器。它包括：

①变速率视频编/解码器：它对视频信号完成变速率压缩算法，生成视频数据流，实现对不同制式的视频信号进行信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码。变速率视频编解码器又包括：

a)信源编/解码器：采用变速率编码，按照信源本身的信息量去分配和使用比特，以减少冗余度。

b)复合编码器：将信源编码后的图像信息数码(含运动矢量)与各种有关标识、控制信号进行复合，以构成符合标准的帧结构。

c)压缩编/解码器：图像压缩标准为P×64kbps(p＝1-30)。

②音频编/解码：它接收多路音频信号，经处理变换和压缩后产生数据流，对音频信息作信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码处理。

③文本/数据处理器。它接收多路数据并产生数据流，进而完成文本/数据及系统控制信号的处理。

④信道传输编/解码器(又可称信号复用/分用设备)。它将各种数字信号(视频、音频、数据、信令等)组合成一定数据格式并与复用接口设备兼容，以便可以在数字信道中传输，包括合成、同步、序列校正等。

(3)针对不同数字传输信道而设计的专用接收卡。该卡有选择地接收并存储收到的数字信息，该信息经一系列处理后还原成多媒体信息。该卡包括：

①接口装置：它选择接收数字信号，并对数字信号作数字解调、存储处理。

②纠错解码器：它对数字解调出来的数据流中所有随机(或突发)的误码进行纠正，生成无误码流。

③分用器(又称分离器)：它对无误码数据流依次进行群组鉴别，解包，分解出各种子数据流。

④同步/数据选择器(或称接收缓冲器)：它保持整个系统同步并分别向各处理单元提供视频、音频、文本/数据和控制信令的数据流，以便分别对它们作压缩解码、复合解码和信源解码处理。

⑤音频解码器：它用音频处理单元(APU)为解包分解出来的音频子数据流作音频解码、解压缩、复合解码和信源解码。

⑥视频解码器：它用视频处理单元(VPU)对解包出来的视频子数据流作变速率解压缩、复合解码和信源解码处理，使视频信号组帧和复原。

⑦解码控制器：它用控制处理单元(CPU)作解码控制、同步控制、切换控制和播放调控等。

上述对多媒体信息的处理是基于分层模型的，其分层顺序是：

①编码器顺序为：

a)节目(视频、音频、文本/数据)制作交互操作；

b)信源标识和编码；

c)数据归类；

d)速率转换(含延时调节、质量控制)；

e)分群打包；

f)纠错编码(帧同步、纠错、信号随机化处理)；

g)数字调制；

②解码器顺序为：

a)数字解调；

b)纠错校正(帧同步、纠错、信号处理)；

c)群组鉴别、解包；

d)速率逆转换；

e)数据类型鉴别；

f)信源译码(含播放控制)

图1是本发明智能多媒体数字传输广播系统功能示意图；

图2是本发明智能多媒体数字传输广播系统分层模型示意图；

图3是本发明智能多媒体数字传输广播系统结构框图；

图4是本发明的多媒体数字传输编解码原理框图；

图5是本发明的多媒体信息变速率编码基本原理框图；

图6是本发明的多媒体信息变速率编码器结构框图；

图7是本发明的多媒体信息变速率解码器结构框图；

图8是本发明的多媒体信息专用接收卡的接收电路图；

图9是本发明的多媒体信息专用接收卡的处理(含解码器)电路图；

图10是本发明的多媒体信息专用接收卡的协调电路图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

一、系统功能

本发明多媒体数字传输广播系统的功能，主要是通过一种或者多种(卫星、DDN、ATM、光缆、或无线电数字微波等)数字传输的信息通道，提供各式各样的多媒体综合信息服务，例如：影剧质量的高分辨率电视(HDTV)、HDTV静止图像，高质量音乐、有高质量伴音的多通道电视、各类文本(影剧本、书刊、报纸、杂志等)、天气预报、传真和其他数据信息。如果利用有随机存取能力的大容量存储设备，还可以实现准交互式的接收方式(如图1所示)。

本系统的基本功能主要有

1、对多媒体信息的采编功能

在现有计算机技术基础上，利用计算机对公众关心的多媒体信息进行采集和编辑。将模拟信号转化为数字信号，并进行分类和标识。

2、对多媒体信息的压缩编/解码功能

按特定的规则对已经过分类和标识的各种多媒体信息分别进行分群、压缩编码和调制，提供可利用数字传输信道广播的信息。同时，对接收到的来自数字信道的各类广播信息，按特定的规则解调、解压缩、合并复原为原来的多媒体信息。

3、广播功能

本系统可利用卫星、DDN、ATM、光缆、或无线电数字微波等数字传输通道广播经过计算机处理的各类多媒体信息。若将多媒体信息压缩在6MHZ传输带宽内，还可实现与模拟电视的同播。既充分利用地面广播频道的资源，又可获得比模拟传输信号更好的质量。

4、接收功能

利用计算机与本系统一系列的多媒体信息专用接收卡，用户可有选择地同步接收本系统广播的各类多媒体信息。可先存储，也可即时作分路解调、纠错、群组鉴别、解包、速率变换、数据类型鉴别、解压缩、合成、数/模逆变换，最终通过屏幕和扬声器播放。

二、系统原理

本系统利用计算机对所采集到的多媒体信息(视频、音频和文本/数据的集合体)进行分类和标识，分成图像信号群组1、2……I，声音信号群组1、2、……J，数据信号群组1、2……K，将图像和声音信号群组分别进行模/数换，再分别进行编码、数据压缩和归类，然后分别进行速率变换、分群组打包、纠错编码、数字调制，即可由计算机智能控制，经由数字传输信道发送(无线则分路并行发射)广播；用户接收终端机凭本系统的专用接收卡有选择地同步接收，可先存贮下来，也可即时作分路解调、纠错解码、群组鉴别、解包、速率逆变换、数据类型鉴别、压缩解码  合成，数/模逆变换，最终通过屏幕和扬声器播放。

为实现上述处理过程，本发明采用类似CIRR推荐807发布的“数据广播参考模型”的系统分层模型，以便与国际上将来出现的其他综合服务数字广播系统兼容。

图2是本发明的分层模型示意图。图中发送方从高层经调节层到低层，其中高层又分为应用层、播放转换层和对话层，该三层依次作节目(视频、音频、文本/数据)制作交互操作、信源标识和编码、数据归类处理；调节层(即传输调节)对经高层处理后的信息作速率转换(含延时调节，质量控制)；低层又分为网络层、数据链路和物理层，该三层依次作分群打包、纠错编码(帧同步纠错、信号随机化处理)和数字调节处理，然后送往数字传输通道。接收层顺序与发送方反序，从低层经调节层到高层依次数字解调、纠错校正(帧同步、纠错、信号处理)、群组鉴别、解包、单逆转换、数据类型鉴别、信源译码(含播放控制)，最后重现多媒体信息。

多媒体数字传输广播系统可利用卫星、DDN、ATM、光缆或无线电数字微波的数字传输通道来实现信息广播，这些信道各有不同的传输特点，由于采用上述分层模型处理，这些信道传输特点的差异可以在适当层上加以同化，以便实现不同信道间的可互操作性。

三、系统的构造

多媒体数字传输广播系统是在数字传输网上开放的一种广播系统，是为实现准交互式的多媒体信息综合广播业务的设备总和。如图3所示，它主要由以下几部分组成：

(一)多媒体广播中心计算机网络：

负责对多媒体信息的采编、综合处理、节目编排、发送前的信号变换，以及本广播系统的控制和管理等功能。

(二)多媒体信息输入输出设备，实现多媒体信息的输入/输出功能的设备。主要有：

1、视频输入/输出设备：包括摄像机、监视器、扫描仪、视频拷贝机以及提供其他功能(例如分画面窗口等)的视频处理单元。

2、音频输入/输出设备：包括话筒，扬声器、微声器、回声抑制器等音频处理装置以及录放机、镭射机等。

3、文本/数据输入/输出设备：包括键盘、显示器、打印机等计算机输入/输出设备以及电子黑板、传真机等。

(三)多媒体信息变速率编/解码器：实现对多媒体信息的变速率编码/解编功能，如图4所示，它主要包括：

1、变速率视频编/解码器：对视频信号完成变速压缩算法，生成视频数据流，实现对不同制式的视频信号进行信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码处理的复杂设备，其设计的技术指标分别符合1990年10月电联ITU(原CCITT)通过的ITU-TH.261标准、1991年底通过的IS011172标准MPEG(用于“数字存贮媒体的活动图像及其伴音的编码”数码率高达1.5Mb/S；其中，图像采用CIF格式，每秒30帧，图像质量略高于家用VHS录像权。两路主体声伴音采用该标准压缩算法，质量接近CD)。以及1992年TSS(原CCITT)制定的“变速率视频编/解码标准”。

变速率编码容易实现视频数据的分组传输，采用这种编码，活动度高的图像、活动度低的图像、甚至静止图像都可以统一处理，能使不同业务间易于互通，从而使不同级别终端机都可以在同一信道上接收不同质量等级的图像，为将来使用ATM准备兼容条件。

变速率视频编码器主要包括：

(1)信源编/解码器：由于视频信源本身的高峰信息量是变化不定的，采用变速率编码，就是按信源本身的信息量去分配和使用比特，图像活动度高时，只需分配更多的比特；静止图像，则可视其为帧间差为“0”的活动图像，从而减少冗余度，令网络资源利用率大大提高。

(2)复合编码器：将信源编码后的图像信息数码(含运动矢量)与各种有关标识、控制信号进行复合，以构成符合标准所推荐的帧结构

(3)压缩编/解码器：图像编码压缩标准为P×64KbPS(P＝1-30)

2、音频编/解码器：接收多路音频信号，经处理变换和压缩后产生音频数据流，对音频信息进行信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码的设备，音频信号范围在50～35000HZ，50～70000HZ；数字音频信号的速率可分别选择并适应64Kbit/s(单声道)、128Kbit/s(立体声)、320Kbit/s(高保真)的不同需要；音频压缩按CCITT G.711，G.722和G.728以及ISO MPEG高保真音频标准。以上可与已开发的DAB(数字声音广播)兼容。

由于视频编/解码器往往产生较大时延，因此音频编/解码器中须加入适当时延(小于40ms)电路，以保证在必要时使接收端的图像与声音同步。

3、文本/数据处理器：接收多路数据并产生数据流。进而完成文本/数据及系统控制信号的处理。

4、信道传输编/解码器(又可称信号复用/分用设备)：将各种数字信号(视频、音频、数据、信令等)组合成一定信号格式并与复用接口设备兼容，以便可在数字信道中传输，包括合成、同步、序列校正等。

本系统传递的视频、音频、数据/文本等信息符合ITU-TH211所规定的统一的帧结构，例如符合“64～1920Kbit/s信道帧结构”，可在1920Kbit/s或2048Kbit/s信道中传输。

纠错编码器对复用器以各种数据流分解出来的子数据流加入误码校正附加位。

纠错解码器则对分用器(或称分离器)分离出来的子数据流中所有随机或突发的误码进行纠正，并将无误码的数据送给同步/数据选择器。

同步/数据选择器能保持整个系统同步并分别向各处理单元提供视频、音频、文本/数据和控制信令的数据流。

(四)数字信道接口设备，又称复用接口设备：

进行数字信号发送前的调制和接收前的解调等处理的装置，接口参数符合GB-7611-87“脉冲编码调制通信系统网络数字接口参数”中的有关规定。时隙配置则符合2048Kbit/s传输信道的帧结构。

(五)系统控制单元

控制正确的路由选择，视频。音频和文本/数据的格式化、混合/切换，并控制系统状态变化，保证系统正常运行的帧同步控制信号C和系统功能指示信号I，C和I信号可参考ITU-T H.230标准的有关规定。

(六)数字传输信道

利用现有的长途数字信道：通信卫星信道、DDN、ATM、光缆和无线电数字微波或超短波(普通电视信道)等作为本系统的数字传输信道。

对于不同的的数字信道，与之相适应的多媒体信息变速率编/解码器，信道接口设备、系统控制单元和接收专用卡均有所不同。

(七)用户接收终端机

内装有针对不同数字传输信道而设计的专用接收卡。用户可以凭此卡有选择地接收本系统广播的多媒体信息。

专用接收卡包括：接口(选择接收数字信号、数字解调、存贮)、分用器(拆包)、音频处理单元(APU)视频处理单元(VPU)和文本/数据处理单元(DPU)、控制处理器(CPU)和多路复用器等，专用接收卡将有选择地接收存储下来的信号，经分用器分离，抽取音频、视频、文本/数据和信令信号，分别送入APU、VPU、DPU和CPU，进行音频混合、视频组帧、复元、文本/数据再现，以及播放调控、切换控制等。

四、实施本发明的技术要点

(一)数字传输信道的选择

关于数字传输信道的选择是实施本发明的重要因素，与不同的数字信道相适应，其多媒体信息变速率编/解码器和多媒体信息专用接收卡将有不同的设计和标准，例如：

1、该发明在传输文本、突发性数据、图形和静止图像时，只须利用计算机局域网作为数字信道，传输速率可选1.5-100Mb/s，一般采取分组交换技术则可。

2、如果要利用本发明传输中速数据、音乐(语音)、可视电话、会议电视等，则需用窄带综合业务数字网，传输速率可选64-2048Kb/s。

窄带综合业务数字网规定了下列几个主要的标准信道：

B信道：速率为64Kb/s，可用于传输一路标准的数字电话；

D信道：速率为16Kb/s，可用于传输信令等控制信息；

Ho信道：速率为384Kb/s，可用于传输高质量音频信号；

H11信道：速率为1536Kb/s，可用于会议电视业务；

H12信道：速率为1920Kb/s，可用于会议电视业务；

H2信道：码率与PCM二次群码率相对应；

H3信道：码率与PCM三次群码率相对应；

H4信道：码率与PCM四次群码率相对应；

窄带综合业务数字网有两种标准化的用户—网络接口结构：

1)基本速率接口结构：2B＋D，码率为144Kb/s；可传输音频和电视电话质量的视频。

2)基群速率接口结构：

欧洲标准30B＋D，码率1984Kb/s，接口速率2048Kb/s；

北美标准23B＋D，码率1536Kb/s，接口速率1544Kb/s；

2048Kb/s接口速率可传输家用录相机质量的视频和音频信号。

3)如果要用本发明传输包括高清晰度电视、高保真音乐在内的各种多媒体信息，提供多媒体信息综合服务时，则要采用宽带综合业务网，速率最好能达到150Mb/s以上，利用当今发展很快的ATM、光缆等技术可以实现。

ATM是异步传输模式，它综合了电路交换和分组交换的优点，利用硬件进行交换，通信网专作信息转移，基本上不承担处理功能，传输延时很小，在ATM环境下，多媒体信息将固定长度分解成信元(CELL)发送。低速媒体(如语音信号)单位时间内产生较少信元，而高速媒体(如视频信号)在单位时间内产生大量信元，交换网络根据信元头部信息把这些信元送到通信的目的地，因此，ATM适用于任何业务速率，是多媒体通信的理想手段；

ATM传输速率可有多种选择，如B、Ho、H11，H2、H2、H4。

4)如果使用本发明传送一个HDTV节目或80套以下的伴音节目，抑或16套以内的VHS节目，可在电视射频等民用频段中选其中6MHz带宽的一个频道，采用多路并行发射方式(每路仅占0.1-0.3MHz)发送。

设包长为1024bits(即128bytes)，每一包都有标识码，则6MHz的NTSC信道(即普通电视信道)中可传送20Mbps信息，因此，可在普通TV信道中传一个HDTV节目或80套伴音节目或16套VHS节目。这样，不仅比模拟信号复用传送方便，而且质量也高得多。

(二)多媒体分层编/解码器和多媒体信息变速率编/解码器是本系统的关键技术。

1)变速率编码：

原有的编码技术通常采用固定比特率编码算法。然而，视频信源本身的高峰信息量是变化不定的，为了要保证固定码率，通常要插入一些填充码，这种比特率固定的码流就存在不少冗余比特。因此，图像量很大的视频信源，将造成网络资源的极大浪费。另外，为了保证视频质量，固定比特率编码的方法通常还要利用缓冲器的状态来改变量化器的量化步长以保证恒定码率，当图像细节丰富时，为使缓冲器不致溢出，通常要加大量化器的量化步长以减少其编码的比特数，从而保证输出码流的比特率恒定，然而大量化步长会损害图像的高频细节和低频背景，使图像模糊甚至产生“块”效应。

由此可见，采用变速率编码方法，可有效地节省网络资源，改善图像质量，同时，由于变速率编码很容易实现压缩视频数据的分组传输，因而特别适应于ATM的网络传输。

图5是变速率编码器的基本原理框图：

变速率编码器的设计可采用混合编码方式。混合编码即指对图像信号采用两种或两种以上的编码，以其优点互补，提高编码效率，一般混合编码都能获得更大的压缩比和更好的图像质量，JPED、H.261和MPEG都采用混合编码的标准，它还具有计算量适中，抗干扰能力强等优点。因此我们选用混合编码方式来设计变速率编码器。

正如图5所示，变速率编码器对所输入的视频信号首先进行比特率降低的编码(可用DCT编码、DPCM编码或其他比特率降低编码)，与此同时，变速率编码器将根据输入视频信号的特性，进行图像分析，将图像分析结果送入质量控制单元，而输出控制图像质量的信号给量化单元。

所输入的视频信号经过比特率降低编码，在量化单元中，根据图像的质量控制信号进行量化，以恒定的图像质量和可变的码率送给熵编码单元进行熵编码。

熵编码是一种无失真的编码，经过编解码后能恢复出“逼真”的图像。

熵编码后，经过缓冲器和进行数据分组，即可得到变速率编码器的输出，进行有效的传输了。

2)为了遵循H.261、MPEG等标准实现压缩视频图像和音频信号，一般要采用硬件电路和专用集成电路芯片，若要降低系统成本，也可以尽量采用软件进行压缩编码。

3)多媒体信息变速率编/解码器的关键问题之一是保持媒体间的同步性。

为了保持媒体间的同步性，一般可采用时间标记码的方案：在视频和音频的特定位置上做时间标记，播放过程中，以音频为主，如果视频超前，则重复播放若千帧；若视频滞后，则可适当去掉若干帧。

4)多媒体应用芯片的选取

选用市场上可以买到的多媒体应用芯片能构成本发明的大部分多媒体变速率编/解码器(如图7所示)，这种编/解码器应提供三种功能：

①各种特殊的接口：支持摄像机、显示器、CD-ROM等；

②信号处理功能：压缩、信号变换并产生符合标准的码流；

③复用功能：包括合成、同步和序列校正等。

编/解码器的结构如图6、图7所示。

多媒体信息变速率编/解码器与主机由总线连接，编码器需要1Mbyte的DRAM，解码器也需要1Mbyte的DRAM(如图7所示)，采用的视频压缩技术包括：色度亚抽样、8×8DCT变换、帧间DPCM、运动补偿、内插、熵编码(采用多级Huffman编码)等。

来自摄像权的视频信号送到视频编码器，进而变为压缩码流。由于数据率很大程度取决于图像内容，因此，要用一个缓冲器来匹配变化的码流，以适应恒定带宽的通信通道，缓冲器的大小按图像质量和时延折中选择。视频解码器也同样需要一个缓冲器。音频数据也必须被缓冲，才能满足音频和视频的实时同步。

复用器必须为每一种媒体分配和确定位置，同时还必须提供合理的组帧和同步，以满足用户间的实时音频/视频交互。

由于高度压缩的数据对随机误码十分敏感，采用误码校正措施是十分必要的。

5)用美国AT&T针对ISDN、多媒体应用开发的一组多媒体应用芯片：AT&T AVP-4310E、AT&T AVP-4220D和AF&T AVP-4120C，外加一块或两决数字信号处理器DSP和存储器DRAM，就能组成本发明的多媒体变速率编解码器，并可支持：

①遵守视频标准；

②保证质量、码率可变的静止图像、视频和音频压缩；

③音频、视频和数据复用；

④通信的协议控制

它们的主要设计参数如下：

压缩数据率：40Kbps-4Mbps

图像尺寸：静止图像为1024×1024

          视频为    352×288(CIF格式)

帧速率：可变，最大为30帧/秒

遵循标准：CCITT P×64(H.261、H.221等)

          ISO的MPEG和JPEG

实时性能：能实现P×64、JPEG、MPEG对称算法。

音频压缩：按CCITT G.711，G.722和G.728

          ISO MPEG高保真音频

音频/视频/数据/的复用、同步和组帧；

         会议电视用H.221

         交互式播放用MPEG

通信接口：56Kbps(AT&T数字传输业务)

          T速率(1.5Mbps

          ISDN (64kkbps、2B＋D等)

美AT&T这组芯片除提供实时全运动视频编解码(P×64、MPEG)外，其DSP 3210则提供实时音频编/解码、静止图像编/解码(JPEG)、回波抑制与抵消，因此可供本发明选用。

(三)专用接收卡系列

本发明采用内含变速率解码器的多媒体信息专用接收卡以及与之相连的计算机终端，可有选择地接收并处理由本发明广播中心广播的多媒体信息—特定的数字信息流。

1、专用接收卡的基本原理

该卡通过调谐等方式有选择地接收多媒体广播中心所广播的多媒体信息。所选择接收到的特定数字信息流经过解调、纠错校正、群组鉴别、解包、数据类型鉴别、速率逆变换、解压缩、信源译码(含播放控制)，最终利用屏幕和扬声器，重现接收到的多媒体信息。

2、专用接收卡的结构

多媒体信息专用接收卡主要由下列部分组成：

①接口部分：选择接收数字信号、数字解调、存储所接收到的信息

②纠错解码器：对数字解调出来的数据流中所有随机(或突发)的误码进行纠正，生成无误码数据流。

③分用器(或称分离器)：对无误码数据流进行群组鉴别、解包、分解出各种子数据流。

④同步/数据选择器(或称接收缓冲器)：保持整个接收卡系统同步并分别向各处理单元提供视频、音频  文本/数据和控制信令的数据流，以便分别对它们进行压缩解码、复合解码和信源解码。

⑤音频解码器：用音频处理单元(APU)对为解包分解出来的视频子数据流进行音频解码、解压缩，复合解码和信源解码。使音频信号混合和复原。

⑥视频解码器：用视频处理单元(VPU)对解包分解出来的视频子数据流进行变速率解压缩、复合解码和信源解码，使视频信号组帧和复原。

⑦解码控制器：用控制处理单元(CPU)进行解码控制、同步控制、切换控制和播放调控等。

3、专用接收卡系列

对应于不同数字传输信道和不同的多媒体信息变速率编/解码器，采用设计一系列接收终端机使用的多媒体信息专用接收卡，以满足各种用户的不同需求。因此，多媒体信息专用接收卡将开发成一整套系列产品。不同型号的多媒体信息专用接收卡，其主要区别在于其内含的接口部分和变速率解码器部分的配置将有很大不同。通常，变速率解码器部分可以用市场上能买到的芯片来构造，也可以主要用软件的方法——将编好的解码程序固化在EPROM中实现。

4、该发明在采用无线电数字微波并行发射技术的情况下，多媒体信息专用接收卡的基本电路主要部分可由接收电路(如图8所示)、处理电路(如图9所示)和数据交换协调电路(如图10所示)组成。

①接收电路

如图8所示，多媒体信息专用接收卡的接收电路通过设置波段调频可选调接收频道，将所选择接收到的数字信息流取出，经放大和滤波，送给M5135AP芯片及其配套芯片A151进行解调；经解调后的视频信号可由A151送给图9所示的CPU处理，经解调的音频信号由R×D输出至图9所示的CPU。

若选用市面上选购的解码器的芯片，则这些解调出来的数字信息流可直接输出至专用的解码器芯片。

②处理电路

图9是本发明的多媒体信息专用接收卡的处理电路示意图，实际电路应是由多个CPU组成。

由接收电路解调出来的音频、视频和文本/数据信息流分别送到各个CPU处理，在解码控制器的CPU控制EPROM中固化的程序，在RAM中运行各解码算法，在协调电路(如图10所示)的支持下，对数字信息流进行解码的一系列处理(主要包括纠错解码、群组鉴别、解包、解压缩、复合解码、信源解码以及同步控制等)。使数字信息流中的音频混合、复原、视频组帧、复原以及文本/数据再现等。

EPROM中固化的程序除解压缩、解码等主要功能外，还须包括串口初始化，实时接收的中断服务程序，数据预处理和同步所要求的时延匹配等。

③与微机数据交换之协调电路。

图10是本发明的多媒体信息专用接收卡的协调电路，它包括：地址译码器、数据总线双向驱动器、数据寄存器和申请中斯的选择开关等；在处理电路(如图9所示)中的CPU的控制下，支持和协调各个CPU进行多媒体信息处理。

④专用接收卡由CPU控制以中断方式把选择接收下来的数据信息流通过数据总线发送给微机，微机以中断方式接收数据。数据量大时，可采用高速通道DMA。

⑤若实际应用中传输信道需并行的路数过多或变速率解码器的程序量大，要求处理电路中的EPROM和RAM的容量过大时，可把变速率解码器的程序配置在微机之中运行，利用微机的资源来处理。

Claims (9)

1、一种智能多媒体数字传输广播系统，其中包括：广播中心计算机网络、多媒体输入输出设备、数字信道接口设备、数字传输信道、接收终端机；广播中心计算机网络对从多媒体输入设备输入的多媒体信息进行编辑、编码处理生成数字信息流，再借助数字信道接口设备并通过数字传输信道发送；接收终端机借助专用接收卡从数字传输信道接收到上述数字信息流后，经解码再进往多媒体输出设备输出而重现多媒体信息；所述智能多媒体数字传输广播系统的特征是该系统还包括：

①用于对多媒体信息进行采编、分类和标识的专用计算机编辑系统；

②用于对多媒体信息作编/解码的多媒体信息变速率编/解码器；

③针对不同数字传输信道而设计的专用接收卡系列。

2、根据权利要求1所述的多媒体数字传输广播系统，所述专用计算机编辑系统由编辑计算机、连接多媒体输入输出设备的通信网络和专用智能控制程序组成，其特征是：该编辑系统由专用智能控制程序控制，对从多媒体输入设备输入的多媒体信息进行采集和编辑、A/D转换、并对转换后的信息作分类和标识，将其分为视频、音频和文本/数据三种信息。

3、根据权利要求1所述的多媒体数字传输广播系统，其特征在于：所述多媒体信息变速率编/解码器包括：

①用于对不同制式的视频信号进行信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码的变速率视频编/解码器；

②用于对音频信息进行信源编/解码、复合编/解码、压缩编/解码的音频编/解码器；

③用于对文本/数据及系统控制信号作处理的文本/数据处理器；

④用于将各种数字信号(视频、音频、数据、信令等)组合成与复用接口设备兼容的信号格式的信道传输编/解码器。

4、根据权利要求3所述的多媒体信息编/解码器，其特征在于：所述变速率视频编/解码器包括：

①对多媒体信息作变速单编/解码的信源编/解码器；

②用于将信源编码后的视频信息(含运动矢量)与各种有关标识、控制信号进行复合、以构成符合标准的帧结构的复合编码；

③压缩编/解码器。

5、根据权利要求3或4所述的多媒体信息变速率编/解码器，其特征在于：对多媒体信息的处理是基于分层模型的，其分层顺序是：

①编码器顺序为：

a)节目(视频、音频、文本/数据)制作交互操作；

b)信源标识和编码；

c)数据归类；

d)速率转换(含延时调节、质量控制)；

e)分群打包；

f)纠错编码(帧同步、纠错、信号随机化处理)；

g)数字调制。

②解码器顺序为：

a)数字解调；

b)纠错校正(帧同步、纠错、信号处理)；

c)群组鉴别、解包；

d)速率逆转换；

e)数据类型鉴别；

f)信源译码(含播放控制)。

6、根据权力要求1所述的多媒体数字传输广播系统，其特征在于：经不同的多媒体信息变速率编码器处理形成的多媒体数字信息流，可利用有线或无线的方式并采用多路数字传输信道并行发送而实现信息广播，亦即可利用通信卫星、DDN、ATM、光缆或无线电数字微波等传输通道，包括利用普通电视频道其中一个频道(6-8MHz)进行数字信号广播。

7、根据权利要求1所述的多媒体数字传输广播系统，其特征在于：所述针对不同数字传输信道而设计的专用接收卡系列，其中包括：

①用于选择接收数字信号、数字解调、存储所接收到的信息的接口设备；

②用于对数字解调出来的数据流所有随机(或突发)的误码予以纠正而产生无无误码数据流的纠错解码器；

③用于对无误码数据流作群组鉴别、解包、分解出各种数据流的分用器；

④用于保持系统同步，并分别向各处理单元提供视频、音频、文本/数据和控制信令数据流的同步/数据选择器；

⑤用音频处理单元(APU)为解包分解出来的音频子数据流作音频解码、解压缩、复合解码和信源解码，使音频信号混合和复原的音频解码器；

⑥用视频处理单元(VPU)为解包分解出来的视频子数据流作变速率解压缩、复合解码和信源解码的视频解码器。

⑦用控制处理单元(CPU)作解码控制、同步控制、切换控制和播放调控的解码控制器。

8、根据权利要求1和6所述的多媒体数字广播系统，其特征在于：运用并行发射技术，可在150-180MHz、1452-1492MHz、2520-2570MHz及普通电视射频等民用频段中选6MHz带宽的一个频道，并采用多路并行发射方式发送多媒体数字信息流，每路只占0.1-0.3MHz频段，每路速率可达1.5Mbit/s以上。

9、根据权利要求3、4、7所述的变速率编/解码器和专用接收卡，其特征在于：对应于不同的变速率编/解码器，接收终端机使用与变速率编/解码器相匹配的专用接收卡，以适应不同的数字传输信道。

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