CN116170592A - 高分辨率视频的传输方法、装置、设备及介质 - Google Patents

高分辨率视频的传输方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像传输技术域，公开了一种高分辨率视频的传输方法、装置、设备及介质，该方法通过将获取到的视频信号进行转换成RGB图像数据，并将RGB图像数据进行颜色空间转换、浅压缩以及编码，得到占用带宽小的编码数据，并将编码数据传输至显示终端上，由显示终端进行解码、解压以及颜色空间转换，重新得到与原先RGB图像数据无差异的RGB图像数据，达到减小带宽传输负载的同时，还能确保视频的无损传输。

Description

高分辨率视频的传输方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及图像传输技术领域，尤其涉及高分辨率视频的传输方法、装置、设备及介质。
背景技术
在目前的LED图像拼接处理器中，4K及8K视频信号的采集和传输主要有两种方式：一种是直接将4K或者8K的视频信号直接传输到显示单元，另外一种是将4K或者8K的视频信号经过压缩编码之后，在传输到显示单元。
前一种方法的主要优点是可以让4K或者8K的视频信号直接无损的传输到显示单元，从而在终端显示完整的4K或者8K画面，呈现出很好的显示效果；其不足主要有：
1)对前端视频采集的接口速度要求高；
2)对4K或者8K视频信号传输的带宽要求非常高，要达到18Gbps甚至更高；
3)几十G的高速视频信号在长距离的传输中，必然伴随着信号衰减、干扰等一系列的问题，这对整个传输系统的设计是一个很大的挑战；
4)必须使用高性能、高带宽的芯片，这对整个LED图像处理器的成本带来了极大的压力。
后一种方法的主要优点是让4K或者8K的视频信号可以以很低的速率和带宽传输到显示单元，从而在显示单元解压后输出到终端，呈现出一定的4K或者8K显示效果；其不足主要有：
1)过低的压缩比，导致4K或者8K视频的像素质量损失很大；
2)在显示单元经过解压之后,无法在终端上最大程度的还原出原始4K或者8K画面的显示效果。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有高分辨率的视频的传输带宽占用过高的问题以及实现无损传输。
本发明第一方面提供了一种高分辨率视频的传输方法，包括：
获取视频信号；
将所述视频信号转换为RGB图像数据；
基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
进一步地，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述将所述视频信号转换为RGB图像数据包括：
将所述视频信号转换为28bit的TTL电平数据；
将所述TTL电平数据分别转换成像素时钟数据、RGB图像数据、第一同步数据以及第一数据使能数据，其中，所述像素时钟数据、所述RGB图像数据、所述第一同步数据以及所述数据使能数据的比特大小占比为1：24：2：1。
进一步地，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述第一同步数据包括场同步数据和行同步数据。
进一步地，在本发明第一方面的第四种实现方式中，在所述通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据之前，还包括：
将所述YCbCr422图像数据内的采样时钟数据的比特大小降低至预置值，其中，所述预置值为(140/148.5)*像素时钟数据的比特。
进一步地，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据包括：
通过预置编码算法，扩展出第二同步数据、第二数据使能数据以及COMMA编码数据，其中，所述第二同步数据、所述第二数据使能数据以及所述COMMA编码数据的比特大小占比为1：1：2；
将所述同步数据、所述数据使能数据以及所述COMMA编码数据与所述YCbCr422图像数据进行结合，得到编码数据。
进一步地，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述第二同步数据包括场同步数据。
本发明第二方面提供了一种高分辨率视频的传输装置，所述所述高分辨率视频的传输装置包括：
获取模块，用于获取视频信号；
第一转换模块，用于将所述视频信号转换为RGB图像数据；
第二转换模块，用于基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
浅压缩模块，用于将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
编码模块，用于通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
解码模块，用于将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
本发明第三方面提供了一种高分辨率视频的传输设备，所述高分辨率视频的传输设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述设备执行上述高分辨率视频的传输方法。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述高分辨率视频的传输方法。
本发明的有益效果在于：通过将获取到的视频信号进行转换成RGB图像数据，并将RGB图像数据进行颜色空间转换、浅压缩以及编码，得到占用带宽小的编码数据，并将编码数据传输至显示终端上，由显示终端进行解码、解压以及颜色空间转换，重新得到与原先RGB图像数据无差异的RGB图像数据，达到减小带宽传输负载的同时，还能确保视频的无损传输。
附图说明
图1为本发明实施例中高分辨率视频的传输方法的第一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中高分辨率视频的传输方法的第二个实施例示意图；
图3为本发明实施例中高分辨率视频的传输方法的第三个实施例示意图；
图4为本发明实施例中高分辨率视频的传输方法的第四个实施例示意图；
图5为本发明实施例中高分辨率视频的传输装置的第一个实施例示意图；
图6为本发明实施例中高分辨率视频的传输装置的第二个实施例示意图；
图7为本发明实施例中高分辨率视频的传输设备的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种高分辨率视频的传输方法及系统、装置、设备及介质。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1-4，本发明实施例中高分辨率视频的传输方法一个实施例，所述高分辨率视频的传输方法包括：
101、获取视频信号；
在本实施例中，该高分辨率视频的传输方法是应用在FPGA中，通过FPGA中内置的视频接口对外部的视频流进行获取，视频流的分辨率在4K、8K或以上，当然，也可以获取2K、1080P、720P以及480P等以下的分辨率，在该方法中仅是采用4K或8K的分辨率的视频进行处理，其中，视频接口包括但不限于HDMI、CVBS、S-VIDEO、TPbPr/YCbCr、VGA、DVI、BNC、DP等，本方法中的FPGA内置的视频接口采用的是的HDMI，因此获取的视频信号为HDMI视频信号。
102、将所述视频信号转换为RGB图像数据；
在本实施例中，由于目前的屏幕都是采用三原色屏幕，其有多个像素点阵列得到一个完整屏幕，而每个像素点中都有三个发光极，分别为红、绿、蓝，而RGB图像数据中的RGB分别为三基色参与混合的系数当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；而当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光调整rgb三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光，将视频信号转换为RGB图像数据后，可以直接被读取并根据该RGB图像数据在屏幕上呈现图像画面。
进一步的，步骤102具体还可以执行：
1021、将所述视频信号转换为28bit的TTL电平数据；
1022、将所述TTL电平数据分别转换成像素时钟数据、RGB图像数据、第一同步数据以及第一数据使能数据，其中，所述像素时钟数据、所述RGB图像数据、所述第一同步数据以及所述数据使能数据的比特大小占比为1：24：2：1。
在步骤1021-1022中，TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，TTL电路的电平就叫TTL电平，CMOS电路的电平就叫CMOS电平TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-TransistorLogic），主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五个系列。标准TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V，输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V。S-TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小Ⅰ类2.5V，Ⅱ、Ⅲ类2.7V，典型值3.4V，输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.5V。LS-TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小Ⅰ类2.5V，Ⅱ、Ⅲ类2.7V，典型值3.4V，输入低电平最大Ⅰ类0.7V，Ⅱ、Ⅲ类0.8V，输出低电平最大Ⅰ类0.4V，Ⅱ、Ⅲ类0.5V，典型值0.25V。TTL电路的电源VDD供电只允许在+5V±10%范围内，扇出数为10个以下TTL门电路。
其中视频信号转换的TTL电平数据在28bit大小，并将28bit大小的TTL电平数据通过内置的图像时钟、控制及像素生成单元进行转换，分别得到对应的1bit大小的像素时钟数据，24bit大小的RGB图像数据、2bit大小的第一同步数据以及1bit大小的数据使能数据，其中，像素时钟数据是非常重要的时钟信号，用于确保RGB图像数据能够按照顺序输出以及输出的准确性。
第一同步数据包括场同步数据和行同步数据，场同步数据电平与行同步电平一致，脉宽为2.5个行周期。场同步脉冲前沿滞后场消隐脉冲前沿2.5个行周期，即160微秒。场同步信号周期为20毫秒，由于行同步数据是辅助信号，不应在屏幕上显示，因此将它安排在行消隐期间发送，并且为了便于行同步数据的分离，使它的电平高于消隐电平25%，即位于75%--100%之间，其宽度为4.7微秒。行同步脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿约为1.3微秒。行同步信号的周期为64微秒，而本实施例中的第一同步数据是将场同步数据以及行同步数据合并在一起，故为行场同步数据，其通过采用解码电路并配合行、场同步数据整形电路，实现了液晶电视对视频信号的解码，能够有效保证视频信号的完整，在传输后确保画面质量，数据使能数据是用与控制当前视频信号有没有被启用。
103、基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
具体的公式表示为：
Y=0.299R+0.57G+0.114B
Cb=-0.172R-0.339G+0.511B+128
Cr=0.511R-0.428G-0.083B+128
转换：
Y=((77*R+150*G+29*B)>>8)
Cb=((-43*R-85*G+128*B)>>8)+128
Cr=((128*R-107-G-21*B)>>8)+128。
104、将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
本实施例中，由于YCbCr444图像数据是全彩保留，而YCbCr422图像数据是被压缩了一半，虽然色彩信息损失了一部分，但是在空间占用上减少了许多，而其还能保证较高的画面质量，仅是色彩细腻程度减小，再者将YCbCr444图像数据进行浅压缩，从上述得知，YCbCr444图像数据为24bit，经过转换以及2/3的浅压缩，得到16bit的YCbCr422图像数据，使得在后续传输所需求的数据带宽降低至原来的2/3，大大降低对带宽资源的需求，减轻在高分辨率视频传输下的带宽的负担。
105、将所述YCbCr422图像数据内的采样时钟数据的比特大小降低至预置值，其中，所述预置值为(140/148.5)*像素时钟数据的比特。
106、通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
在步骤105-106中，采用的是8b10b编码模块对YCbCr422图像数据内的采样时钟数据的比特大小进行降低，进一步的降低视频信号在传输所需的带宽。
进一步的，步骤106具体还可以执行：
1061、通过预置编码算法，扩展出第二同步数据、第二数据使能数据以及COMMA编码数据，其中，所述第二同步数据、所述第二数据使能数据以及所述COMMA编码数据的比特大小占比为1：1：2；
1062、将所述同步数据、所述数据使能数据以及所述COMMA编码数据与所述YCbCr422图像数据进行结合，得到编码数据。
在步骤1061-1062中，其中8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡，采用8b/10b编码方式，可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致，连续的“1”或“0”不超过5位，即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”，从而保证信号DC平衡，它就是说，在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码，可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原，除此之外，利用一些特殊的代码( 在PCI-Express总线中为K码) ，可以帮助接收端进行还原的工作，并且可以在早期发现数据位的传输错误，抑制错误继续发生，COMMA编码数据采用的是K28.1的逗号序列，用于校准，第二同步数据包括场同步数据。
107、将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
在本实施例中，视频信号经过转换、压缩、编码后得到的编码数据，所占用的带宽相比于原先的视频信号要小，显示终端获取到编码数据后，对编码数据进行解码以及颜色空间转换，恢复原来的RGB图像数据，并将RGB图像数据呈现在显示终端的显示屏幕上，达到减小带宽负载的同时，还能确保视频的无损传输。
上面对本发明实施例中高分辨率视频的传输方法进行了描述，下面对本发明实施例中高分辨率视频的传输装置进行描述，请参阅图5和图6，本发明实施例中高分辨率视频的传输装置的一个实施例包括：
获取模块201，用于获取视频信号；
第一转换模块202，用于将所述视频信号转换为RGB图像数据；
第二转换模块203，用于基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
浅压缩模块204，用于将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
编码模块206，用于通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
解码模块207，用于将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
本发明实施例中高分辨率视频的传输装置的另一个实施例中所述的高分辨率视频的传输装置包括：
获取模块201，用于获取视频信号；
第一转换模块202，用于将所述视频信号转换为RGB图像数据；
第二转换模块203，用于基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
浅压缩模块204，用于将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
编码模块206，用于通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
解码模块207，用于将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
其中，在编码模块206之前，还包括：
降值模块205，用于将所述YCbCr422图像数据内的采样时钟数据的比特大小降低至预置值，其中，所述预置值为(140/148.5)*像素时钟数据的比特。
其中，所述第一转换模块202具体还可以执行：
将所述视频信号转换为28bit的TTL电平数据；
将所述TTL电平数据分别转换成像素时钟数据、RGB图像数据、第一同步数据以及第一数据使能数据，其中，所述像素时钟数据、所述RGB图像数据、所述第一同步数据以及所述数据使能数据的比特大小占比为1：24：2：1，第一同步数据包括场同步数据和行同步数据。
其中，所述编码模块206具体还可以执行：
通过预置编码算法，扩展出第二同步数据、第二数据使能数据以及COMMA编码数据，其中，所述第二同步数据、所述第二数据使能数据以及所述COMMA编码数据的比特大小占比为1：1：2；
将所述同步数据、所述数据使能数据以及所述COMMA编码数据与所述YCbCr422图像数据进行结合，得到编码数据；
其中，第二同步数据包括场同步数据。
在本实施例中，通过将获取到的视频信号进行转换成RGB图像数据，并将RGB图像数据进行颜色空间转换、浅压缩以及编码，得到占用带宽小的编码数据，并将编码数据传输至显示终端上，由显示终端进行解码、解压以及颜色空间转换，重新得到与原先RGB图像数据无差异的RGB图像数据，达到减小带宽传输负载的同时，还能确保视频的无损传输。
上面附图5和附图6从模块化功能实体的角度对本发明实施例中高分辨率视频的传输装置进行详细描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中高分辨率视频的传输设备进行详细描述。
附图7是本发明实施例提供的一种高分辨率视频的传输设备的结构示意图，该高分辨率视频的传输设备300可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessingunits，CPU）310（例如，一个或一个以上处理器）和存储器320，一个或一个以上存储应用程序333或数据332的存储介质330（例如一个或一个以上海量存储设备）。其中，存储器320和存储介质330可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质330的程序可以包括一个或一个以上模块（图示没标出），每个模块可以包括对高分辨率视频的传输设备300中的一系列指令操作。更进一步地，处理器310可以设置为与存储介质330通信，在高分辨率视频的传输设备300上执行存储介质330中的一系列指令操作。
高分辨率视频的传输设备300还可以包括一个或一个以上电源340，一个或一个以上有线或无线网络接口350，一个或一个以上输入输出接口360，和/或，一个或一个以上操作系统331，例如WindowsServe，MacOSX，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图7示出的高分辨率视频的传输设备结构并不构成对高分辨率视频的传输设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述高分辨率视频的传输方法及系统的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统或装置、单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-onlymemory，ROM）、随机存取存储器（randomaccessmemory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高分辨率视频的传输方法，其特征在于，包括：
获取视频信号；
将所述视频信号转换为RGB图像数据；
基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
2.根据权利要求1所述的高分辨率视频的传输方法，其特征在于，所述将所述视频信号转换为RGB图像数据包括：
将所述视频信号转换为28bit的TTL电平数据；
将所述TTL电平数据分别转换成像素时钟数据、RGB图像数据、第一同步数据以及第一数据使能数据，其中，所述像素时钟数据、所述RGB图像数据、所述第一同步数据以及所述数据使能数据的比特大小占比为1：24：2：1。
3.根据权利要求2所述的高分辨率视频的传输方法，其特征在于，所述第一同步数据包括场同步数据和行同步数据。
4.根据权利要求2所述的高分辨率视频的传输方法，其特征在于，在所述通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据之前，还包括：
将所述YCbCr422图像数据内的采样时钟数据的比特大小降低至预置值，其中，所述预置值为(140/148.5)*像素时钟数据的比特。
5.根据权利要求2所述的高分辨率视频的传输方法，其特征在于，所述通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据包括：
通过预置编码算法，扩展出第二同步数据、第二数据使能数据以及COMMA编码数据，其中，所述第二同步数据、所述第二数据使能数据以及所述COMMA编码数据的比特大小占比为1：1：2；
将所述同步数据、所述数据使能数据以及所述COMMA编码数据与所述YCbCr422图像数据进行结合，得到编码数据。
6.根据权利要求5所述的高分辨率视频的传输方法，其特征在于，所述第二同步数据包括场同步数据。
7.一种高分辨率视频的传输装置，其特征在于，所述高分辨率视频的传输装置包括：
获取模块，用于获取视频信号；
第一转换模块，用于将所述视频信号转换为RGB图像数据；
第二转换模块，用于基于预置颜色空间转换算法，将所述RGB图像数据进行转换，得到YCbCr444图像数据；
浅压缩模块，用于将所述YCbCr444图像数据经过压缩比为2/3的浅压缩进行转换，得到YCbCr422图像数据；
编码模块，用于通过预置编码算法，将所述YCbCr422图像数据进行处理，得到编码数据；
解码模块，用于将所述编码数据传输至预置显示终端，通过所述显示终端内置的解码算法以及所述颜色空间转换算法，将所述编码数据重新转换成所述RGB图像数据。
8.一种高分辨率视频的传输设备，其特征在于，所述高分辨率视频的传输设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述高分辨率视频的传输设备执行如权利要求1-6中任一项所述高分辨率视频的传输方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述高分辨率视频的传输方法。
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