CN1159918C - Ip网上压缩多媒体源信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种将小波变换用于IP网上的多媒体信号压缩的装置，装置包含：视频输入模块(15)、音频输入模块(16)、信号转换模块(11a)和(11b)、视频压缩模块(10)、DSP模块(13)、信息检错模块(12)、网络接口模块(14)，其中，DSP模块(13)由音频压缩模块(13a)、包封被压缩音频模块(13b)、视频比特率控制模块(13c)、包封被压缩视频模块(13d)以及包封后视频和音频的复用模块(13e)构成。

Description

IP网上压缩多媒体源信号的装置
本发明涉及数字化通信中多媒体源信号的压缩装置，尤其涉及在IP网络上的多媒体源信号的压缩装置。
目前数字化通信中使用的信号压缩技术主要有MPEG(偷Moving PictureExperts Group)，它的缺点是成本高；JPEG(Joint Photographic Experts Group)，它限用于静止图像的压缩；还有主要用于可视电话系统中的国际电信联盟ITU-T建议H.261协议等等。这些现有的压缩技术尚不能完全满足数字化通信的发展需要，市场正寻求具备成本低、品质高的新的信号压缩技术。
本发明旨在针对信号压缩技术的现状，提供一种未曾用于IP网络上的数字信号压缩装置，该装置将以其压缩品质高以及编码器端成本低的特点，使目前数字信号压缩技术更为先进。
本发明的IP网上压缩多媒体源信号的装置包含：视频输入模块、音频输入模块、两个信号转换模块、视频压缩模块、DSP模块、信息检错模块、网络接口模块；其中，DSP模块由音频压缩模块、包封被压缩音频模块、视频比特率控制模块、包封被压缩视频模块以及包封后视频和音频的复用模块构成；并且视频输入模块连接到一个信号转换模块、信号转换模块连接到视频压缩模块、视频压缩模块连接到包封被压缩视频模块、包封被压缩视频模块连接到包封后视频和音频的复用模块、音频输入模块连接到另一个信号转换模块，这个信号转换模块连接到音频压缩模块，音频压缩模块连接到包封被压缩音频模块，包封被压缩音频模块连接到包封后视频和音频的复用模块、包封后视频和音频的复用模块连接到信息检错模块、信息检错模块连接到网络接口模块，网络接日模块连接到IP网络，视频比特率控制模块连接到视频压缩模块。
使用本发明的数字信号压缩装置，压缩品质高，编码器简单并且编码器端成本低。
图1是IP网上压缩多媒体源信号装置的结构图；
图2是IP网上传输被压缩多媒体源信号的示意图；
图3是本实施例中的视频压缩模块10的示意图；
图4是本实施例中的音频压缩模块13a的示意图。
下面参照附图，详细描述本发明的压缩多媒体源信号装置及其在IP网络上的应用。
图1是IP网上压缩多媒体源信号装置的结构图，它示出本发明的源信号压缩装置由视频输入模块15、音频输入模块16、信号转换模块11a和11b、视频压缩模块10、DSP模块13、信息检错模块12、网络接口模块14构成，其中，DSP模块13包含有音频压缩模块13a、包封被压缩音频模块13b、视频比特率控制模块13c、包封被压缩视频模块13d以及包封后视频和音频的复用模块13e。
其中，视频输入模块15用于输入视频信号；音频输入模块16用于输入音频信号；信号转换模块11a和11b将输入信号由模拟信号转换为数字信号；视频压缩模块10用于压缩视频数字信号；信息检错模块12用于对压缩复用后的数据进行信息检错；网络接口模块14将检错后的压缩数据经其输送到外部的IP网络。其中，在DSP模块13中，音频压缩模块13a用于压缩音频数字信号；包封被压缩音频模块13b用于对压缩音频数据进行包封处理；视频比特率控制模块13c用于根据应用中对图像质量的需要以及网络情况，对压缩比率进行控制；包封被压缩视频模块13d用于对压缩视频数据进行包封处理；而包封后视频和音频的复用模块13e用于对经过包封的视频和音频数据进行复用。
这些处理模块按照以下方法连接：视频输入模块15连接到信号转换模块11a。信号转换模块11a连接到视频压缩模块10，视频压缩模块10连接到包封被压缩视频模块13d，包封被压缩视频模块13d连接到包封后视频和音频的复用模块13e，音频输入模块16连接到信号转换模块11b，信号转换模块11b连接到音频压缩模块13a，音频压缩模块13a连接到包封被压缩音频模块13b，包封被压缩音频模块13b连接到包封后视频和音频的复用模块13e，包封后视频和音频的复用模块13e连接到信息检错模块12，信息检错模块12连接到网络接口模块14，网络接口模块14连接到IP网络，视频比特率控制模块13c连接到视频压缩模块10。
下面结合图1和图3，描述源信号的压缩以及压缩信号的传输过程。
如图1所示，多媒体源信号通过视频输入模块15和音频输入模块16输入相应的信号转换模块11a和11b，将模拟信号转换为数字信号。然后音频数字信号的压缩直接通过DSP完成；视频数字信号的压缩由视频压缩模块10完成。
如图3所示，视频信号的压缩模块10由小波变换器滤波器、自适应量化装置和RUN LENGTH编码(游程编码)和HUFFMAN编码(霍夫曼编码)器构成。先将视频信号输送到小波变换器滤波器。小波变换是一种数学变换方法，小波变换器滤波器可以看作由一系列带通滤波器组成。输入信号被划分成不同的子频带，这样可以达到3∶1的无损压缩，但是这远远不能满足许多应用。
信号在最高频率的子频带中包含许多属于高频率噪声的小幅抖动和少数出现在图像边缘幅度非常大的毛刺，为了达到更高的压缩，可以丢掉一些高频率子频带的低位比特(滤掉些高频信息)，这样可以得到更多的零，然后再由后面的RUNLENGTH编码变成更短的码。每一个子频带的所有图像数据乘以一个小数就可以掷弃一些低位比特。这就是小波变换和RUN LENGTH编码，HUFFMAN编码之间的自适应量化，在自适应量化装置中完成。不同的小数可以达到不同的压缩，这可以由DSP中的算法实现，这属于有损压缩。根据对图像质量的需要(压缩率越小，图像越清晰)和网络带宽的变化，视频比特率控制模块13c对压缩比率进行调节。如压缩率为5∶1时，传输的数据量为33.6MbpS，压缩率为81.9∶1时，传输的数据量为2MbpS，而后面的RUN LENGTH编码和HUFFMAN编码器中进行的是无损压缩。这样的视频信号经过小波变换、自适应量化以及RUN LENGTH编码和HUFFMAN编码形成压缩数据。然后，如图1中所示的DSP模块13对这些视频数据在被压缩视频的包封模块13d中进行包封处理。
音频数字信号的压缩通过DSP完成，如图4所示，音频信号的压缩模块由映射模块、量化器和编码模块、心理声学模块和帧封装模块构成。先将音频抽样信号送到映射模块，映射建立输入音频数据流的经滤波的子抽样表示，映射的抽样是子带抽样(层II)。然后数据被送入量化器和编码模块进行量化和编码，编码参照ISO/IEC11172-3音频层II标准，这一层采用混合带通滤波器来提高频率分辨率，它还增加了一个差值量化器(非均匀)自适应分段和量化值的熵编码，从而实现音频数据的压缩。并且，心理声学模型建立一组控制量化器和编码数据，对编码过程进行控制。编码后的数据最后经过帧封装模块汇集成实际数据流，然后输入被压缩音频数据的包封模块13b中进行包封。
包封后的音频数据与如上所述包封后的视频数据在包封后音频数据和视频数据的复用模块13e中进行复用，复用过程是先发送15帧的视频数据，再发送1帧的音频数据。复用后的数据送到检错模块12进行信息检错，然后送入网络接口模块14完成信息传输，最后，由网络接口模块14输出的信号被送到外部的IP网络17中，其中IP网络上传输的数据的帧格式为：
  Ethernet头     IP头     UDP头 压缩的多媒体数据
下面，参照图2，描述如上所述被压缩多媒体信号在IP网络上传输的过程。
在图2中，参数21表示IP网络，22表示核心交换机，23表示边缘交换机。24表示小波变换压缩装置，25表示小波变换解压缩装置；26表示摄像机；27表示监视器。
如图2所示，将来自摄像机26a的视频信号送到小波变换压缩装置24a进行小波变换压缩和IP包封处理。将由小波变换压缩装置24a输出的IP视频流送入边缘交换机23a，边缘交换机23a仅向与IP网络上想要收看摄像机26a的视频信息的监视器27c相连的核心交换机22b转发IP视频流。核心交换机22向想收看IP视频流的网络21转发IP视频流。小波变换解压缩装置25b对从核心交换机26接收到的IP视频流解压缩，然后将输出信号送到监视器27，进行视频播放。
以上描述了将来自摄像机26a的多媒体源信号通过压缩复用以及解压缩，由IP网21传送至监视器27c的过程，同样，摄像机26b和26c的多媒体源信号也可以如此传送到监视器27a和27b。
以上已经描述了本发明的IP网上压缩多媒体源信号的方法，以及具体的实现方式，但是需要指出，这里所描述的方式仅仅作为对本发明的说明和解释，在遵从本发明的主旨的条件下，可以有各种细节和形式上的修改。本发明的范围由所附的权利要求限定。

Claims (1)

1.一种IP网上压缩多媒体信号的装置，其特征在于包含：
视频输入模块(15)、音频输入模块(16)、信号转换模块(11a)和(11b)、视频压缩模块(10)、DSP模块(13)、信息检错模块(12)、网络接口模块(14)，其中，DSP模块(13)由音频压缩模块(13a)、包封被压缩音频模块(13b)、视频比特率控制模块(13c)、包封被压缩视频模块(13d)以及包封后视频和音频的复用模块(13e)构成，视频压缩模块(10)由小波变换器滤波器、自适应量化装置以及游程编码和霍夫曼编码器构成，用于通过小波变换、自适应量化以及游程编码和霍夫曼编码对数据进行压缩；并且
视频输入模块(15)连接到信号转换模块(11a)、信号转换模块(11a)连接到视频压缩模块(10)、视频压缩模块(10)连接到包封被压缩视频模块(13d)、包封被压缩视频模块(13d)连接到包封后视频和音频的复用模块(13e)、音频输入模块(16)连接到信号转换模块(11b)、信号转换模块(11b)连接到音频压缩模块(13a)、音频压缩模块(13a)连接到包封被压缩音频模块(13b)、包封被压缩音频模块(13b)连接到包封后视频和音频的复用模块(13e)、包封后视频和音频的复用模块(13e)连接到信息检错模块(12)、信息检错模块(12)连接到网络接口模块(14)、网络接口模块(14)连接到IP网络、视频比特率控制模块(13c)连接到视频压缩模块(10)。
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