CN1261240A - 多媒体数字传输方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明将模拟电视的RGB信号当作数字信号使用,不需要增加新的传输装置,只需要在发射和接收端加上编介码装置,这样在8MC电视频道内便直接得到了19.5Mbps以上的数字信号传输速率,从而方便地将模拟传输系统升级到多媒体数字传输系统。在有线电视网具有双向传输能力后,成为以总线式拓朴结构为基础的网络,以计算机高速运算能力,光缆和同轴电缆巨大传输容量,使网络每个用户在传输的每个层次上都有自己独立的通道。并可开发一种分布式数字电话系统。

Description

多媒体数字传输方法及其系统

本发明涉及数字信息的传播，也涉及到图像信息的通讯和电话通讯，尤其涉及在光缆和同轴电缆中进行图像和语音等多媒体信息数字传输的方法和系统。

信息传输的模拟系统升级到数字系统是技术发展的必然趋势，二十一世纪将是一个数字化生存的时代。对整个社会而言，开发面向亿万家庭的多媒体数字传输系统是首务之需，这相当于高速交通网络对于现代化人类社会的作用一样。

计算机从单机发展到局域网，再到广域网，使越来越多的用户得以共享信息，共享资源，但网络方法连接到千家万户似乎费用太高，目前尚无法很快实施。

二十世纪九十年代最引人注目的发展是Internet的迅速普及，各国争相发展，以扩大其应用领域，但是由于Internet是建立在电话网络基础上，在可持续发展上的某些弱点不断显露出来：首先是用户多造成拥挤，有人戏称，WWW是“World Wide Wait(全世界都在等待)”；其次资料太多查找困难，另外费用也过高。

针对这种问题，“第五传媒”的构思被提出，即继纸张、广播、电视、Internet后，再利用电视信道的非凡传输能力，使其成为一种数字公众传媒。它可以推动巨量的信息资源，实行个性化的按需服务，却没有信道拥塞，成本低廉，在功能上可以包括上述四种传媒。这是一个直接通向亿万家庭的信息传输系统。

在我国，以市、县行政区域为覆盖范围的有线电视网络有2000多个，覆盖率达50％以上，有线电视光缆干线总长超过10万公里，电缆总长超过150万公里，入网户数达到8000万户，且每年以1000万户的速度递增。有线电视网络成为入户率最高的信息网络。有线电视网的另一个优势是入户频带宽，适合于提供宽带功能业务，其数据传输速率是现在公共电话网的百倍以上。

基于电话双绞线入户的宽带接入方案有两个，一个是窄带ISDN。窄带ISDN业务速率可达128Kbps，但仍满足不了宽带接入的要求；另一个方案则是采用XDSL，这类技术可以拓宽电话双绞线的传输带宽，使之在几公里范围内速率达到几Mbps，但每条用户线必须在用户端和交换局分别装一个适配器，价格昂贵，且大量用户连结到交换局后如何交换仍然是个问题。

日益增多的多媒体业务，要求用户接入网必须满足动态视频图像的传递需求。这意味着用户接入网的速率应较电话调制解调器高两个数量级以上。从技术价格和性能上看，现有的电话双绞线入户网显然不能满足要求。本发明是将通常意义上的模拟电视红、绿、兰(R、G、B)信号，当作数字信号使用，从而方便地将模拟电视传输系统直接升级到多媒体数字传输系统，为数字广播、数字电视、数据传输、数字电话等提供了一个巨大、快速、低廉的数字传输系统。

我国的有线电视网是在完全空白的基础上建立起来的，它起步较晚，但发展十分迅速，网络频谱不断拓宽。从最早的全频道系统发展到邻频系统，提高了频谱利用效率，邻域系统则由300MHz过渡到450MHz，发展到今天普遍采用的550MHz，光纤干线已到750MHz；1GHz的系统也在试验中。与之相对应的是传送电视频道容量的扩大，从300MHz系统的27套(PAL-D)制式，扩展到450MHz系统的46套，到550MHz系统的59套，HFC网成为网络发展的主流。

在数字传输系统上，多媒体包含了声音、图象、文字、信息等各个方面，因此多媒体数字传输系统自然也是数字电视的最好基础。

从七十年代初日本开始高清晰度电视研究以来，西方各国都倾全力进行研制开发，视其为潜力巨大的二十一世纪朝阳产业。近十几年来数字技术所获得了飞速的发展，广播电视正在从模拟向数字技术发展。去年11月美国已有二十多家电视台播出素质高清晰度电视节目，并已决定于2006年之前，所有电视从信息的收集、发射到接收全部实行数字技术。

但是，近几十年来广播电视的设备全部是模拟的，要改为数字化，目前是从国外购进昂贵的数字设备来代替目前使用的模拟设备。有线数字电视广播系统(DVB-C)规范中规定，在同轴线内数字传输使用QAM调制方式。目前已经投入使用的为QAM64调制，该方式与模拟传输方式不同，因此需要另一套发射、传输和接收装置，这需要花费高达几千亿、甚至上万亿的费用，是目前国力、民力所难以承担的。那么有没有可能在充分利用现在模拟传输设备，特别是有线电视系统的基础上，来传输数字信号呢？

本发明目的是：提供一种新型多媒体数字信息传输方法和系统，尤其是在光缆和同轴电缆中进行图像和语音等多媒体信息数字传输的方法和系统。

本发明的目的还在于：将通常意义上的模拟电视红、绿、兰(R、G、B)信号，当作数字信号使用，从而方便地将模拟电视传输系统直接升级到多媒体数字传输系统，为数字广播、数字电视、数据传输、数字电话等提供了一个巨大、快速、低廉的数字传输系统。

本发明的目的在于：提供一种数字传输系统，在利用计算机高速运算能力和光纤同电缆巨大传输能力的基础上，不改动现有的模拟设备，便可以高速传输数字信号，使得现有的模拟电视传输网络直接成为多媒体数字传输系统。

本发明的目的还在于：在电视网络传输数字信号传送的基础上，利用计算机的高速运算能力，发挥同轴电缆及光缆的巨大传输容量，信号流动将上行和下行分开，以按地址码直接寻找用户的方式代替电话路径交换。

本发明的目的是这样实现的：

数字信息传输的方法是：发送端计算机的控制下，将计算机内准备发送的文件加上必要的校验、控制码后，按、行要求组成信息包，送发送卡的发送缓冲区；当计算机发出开始发送命令，发送卡便以电视的扫描速度，将发送缓冲区的数字信号分成三路，分别送高速数/模转换器，得到对应的电视模拟R、G、B信号，再加上同步脉冲组合成视频信号，这样便可以给电视台作为一般的电视信号处理，调制到所需的电视频道后，在有线电缆或无线电波发射中以模拟电视信号发送。在接收端计算机的控制下，电视机的高频头接收到该模拟电视信号，用常规电视信号处理方法分解出R、G、B信号和同步脉冲，再将R、G、B分别送到三个高速模/数转换器，转换成对应的数字信号，送到接收缓冲区，然后由计算机从此取出作为信息源。

数字信息传输的装置是：包括现有的发送、接收和光缆、同轴电缆传输设备：其特征是在发送端设的电视信号采集装置，即将电视信号实时转换成数字信息的模/数转换器，在接收端设有计算机控制的电视机高频头，接收到该模拟电视信号，用常规电视信号处理方法分解出R、G、B信号和同步脉冲，再将R、G、B分别送到三个高速模/数转换器。即用常规电视信号处理电路的输出连接三个高速模/数转换器。

本发明的进一步应用是：

对电视的数字信息传输的方法是：用电视信号采集技术将电视信号实时地模/数转换成数字信息，用MPEG2压缩后送入计算机，形成电视信号的二进制码流，(美国InnovaCom公司的图象采集卡可以完成上述过程)，送发送卡的发送缓冲区；然后用数字信号传输同样的流程，将此二进制码流转换、组合后作为模拟电视信号发送。

在接收端计算机的控制下，用数字信号传输同样的流程将接收到的模拟电视信号转换成数字信号，在进行处理后，恢复相应的二进制码流，对此电视信号的二进制码流用VCD在光盘上读数据后介码同样的方法，以MPEG2介压，再重新形成电视的视频信号，送到电视机显示。

本发明的应用还包括对语音等多媒体信息的数字传输方法：数据传输以光缆或同轴电缆为传输媒体，其中上行线和下行线分开，每只微处理器控制的终端连接于上下行线，上行线和下行线分开的方法是采用通常的频分或时分方法，并设定为多层次信息传输，每个层次的数据首先集中在本层次传输，而数据的方向以及上下层次之间由通道信控制器根据各个终端所发的地址码来决定。

其基本的原理是：

电视的工作原理是分别摄制红、绿、蓝(R、G、B)三基色的色度和亮度信号，经过矩阵电路，加上同步脉冲，组合成电视信号，通过有线电缆或无线电波发射。在接收机解调出电视信号后，复原成红、绿、蓝三基色的色度和亮度信号。

本系统将数字信号一一对应红、绿、蓝(R、G、B)三基色信号，再在解调端将红、绿、蓝(R、G、B)三基色信号一一对应成数字信号。这样一来，便利用模拟电视信道传输了数字信号。

其对应关系如下：

D1--R                            R--D1

D2--G  ------- 电视信号  ------- G--D2

D3--B                            B--D3

本发明的特点是：在电视网络传输数字信号传送的基础上，利用计算机的高速运算能力，发挥同轴电缆及光缆的巨大传输容量，信号流动将上行和下行分开，以按地址码直接寻找用户的方式代替电话路径交换，将电话系统的交换功能分摊到各个电话部件，取消了中心交换机，避免了传输过程中的线路堵塞，从而可提高电话系统的性能，大大降低了整个电话系统的制造价格，使其成本、能力、扩展、维护、可靠性均得到质的提高。本发明的应用可以使数字信息的传播速度大大提高，在一个8MC模拟电视频道内可达到19.5Mbps以上的传输速率。利用本发明可以足以实施高清晰数字电视的传输方案，无需巨大的设备投资，是一个大大节省投资的可行方案，而利用在光缆和同轴电缆上传输多媒体信息的上下行方案更是充分利用了现有的有线电视的光缆和同轴电缆传输系统。

以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中电视信号与数字信号对应的传输流程框图

图2为本发明中数字电视发送端的系统结构示意图

图3为本发明中数字电视接收端的系统结构示意图

图4为本发明中对语音等多媒体信息的数字传输框图，数据传输以光缆或同轴电缆为传输媒体，其中上行线和下行线分开。

如图4中按照目前在每一个8MC模拟电视频带内可以控制240台左右的电脑或电话机终端。每台通道控制器可以控制240台左右的通讯控制器，一个上一级的通道控制器可以控制240台左右的下一级的通道控制器，以此类推。只受限制于计算机的运算能力和光缆的传输能力。图中给出了四层次的控制示意图，如果采用32bit的地址码，最多可以容纳30多亿台电脑或电话机终端。每台可提供64kbps无堵塞数字传输能力。

一、单向数字传输

参见图1中框图，在发送端计算机的控制下，将计算机内准备发送的文件加上必要的校验、控制码后，按帧、行要求组成信息包，送发送卡的发送缓冲区；当计算机发出开始发送命令，发送卡便以电视的扫描速度，将发送缓冲区的数字信号分成三路，分别送高速数/模转换器，得到对应的电视模拟R、G、B信号，再加上同步脉冲组合成视频信号，这样便可以给电视台作为一般的电视信号处理，调制到所需的电视频道后，在有线电缆或无线电波发射中以模拟电视信号发送。

在接收端计算机的控制下，电视机的高频头接收到该模拟电视信号，用常规电视信号处理方法分解出R、G、B信号和同步脉冲，再将R、G、B分别送到三个高速模/数转换器，转换成对应的数字信号，送到接收缓冲区，然后由计算机从此取出，根据具体情况分别处理。

在一个8MC模拟电视频道内可达到19.5Mbps以上的传输速率。

二、数字电视传输：

参见图2和图3，用电视信号采集技术将电视信号实时地模/数转换成数字信息，用MPEG2压缩后送入计算机，形成电视信号的二进制码流，(美国InnovaCom公司的图象采集卡可以完成上述过程)，送发送卡的发送缓冲区；然后用数字信号传输同样的流程，将此二进制码流转换、组合后作为模拟电视信号发送。

在接收端计算机的控制下，用数字信号传输同样的流程将接收到的模拟电视信号转换成数字信号，在进行处理后，恢复相应的二进制码流，对此电视信号的二进制码流用VCD在光盘上读数据后介码类似的方法，以MPEG2介压，再重新形成电视的视频信号，送到电视机显示。

在一个8MC模拟电视频道内可传送高清晰度电视节目3--6套。

三.双向数字传输

有线电视网加以适当的改造，成为建立在总线式拓朴结构基础上的双向多媒体数字传输系统，利用计算机的高速运算能力，发挥光缆和同轴电缆的巨大传输能力，使网络的每一个终端用户在传输的每个层次上都有自己独立的通道。每个终端可以是电脑、也可以是语音、图像或其它多媒体终端。因此信息流动不会产生堵塞，从而解决了目前通讯网络的关键问题--“瓶颈问题”，具有了几乎无限可扩充(只限于计算机的运算能力和光缆的传输能力)的双向数字传输功能，为Internet网，数字通讯网提供了坚实的基础。图4及其说明给出了实施例，但涉及通讯及其信息流动的控制需要计算机软件，可以采用现有的通讯协议为基本框架的计算机程序系统。

双向数字传输的方法是：

数据传输以上行线和下行线分开，并设有多层次数据传输控制，每个层次的数据首先集中在本层次传输，本层次的通讯控制器连接终端电脑电话机，而数据的方向则由通道信控制器根据各个终端所发的地址码来决定。层次与层次之间的数据传输由通道控制器之间来实现。设在按照第一层，传输速率为19.5Mbps以上；在第二层，传输速率最高为4.686Gbps以上，可容纳57600路电话，我国在一对光缆上实现了24万路电路传输；在第三层，传输速率最高为1123.2Gbps以上，可容纳1382.4万路电话。美国Lucent公司铺设的光缆将具有400Gbps容量，可容纳600万路电话。

由于光缆的巨大传输容量，每个终端在各个层次上都可占有自己的通道，因此数据传输不会因抢占而发生堵塞，32bit的地址码便可提供高达30多亿条64K传输速率的虚电路。

四.数字电话

现在的电话系统是以交换机为中心组成的一个个辐射状庞大独立网络，分布式数字电话系统则在有线电视网具有双向传输能力后，在二个8MC模拟电视频带内可为数据信号传输提供8个T1的传输速率，既240路数字电话。

分布式数字电话系统方法是：

在电视网络传输数字信号传送的基础上，利用计算机的高速运算能力，发挥同轴电缆及光缆的巨大传输容量，信号流动将上行和下行分开，以按地址码直接寻找用户的方式代替电话路径交换，将电话系统的交换功能分摊到各个电话部件，取消了中心交换机，避免了传输过程中的线路堵塞，从而可提高电话系统的性能，大大降低了整个电话系统的制造价格，使其成本、能力、扩展、维护、可靠性均得到质的提高。

本系统主要有三部分组成：电脑电话机、通信控制器、通道控制器。

电脑电话机：发送和接收信令部分，发送和接收传输信道中的数据，将语音信号进行模数或数模转换以及按键处理。

通信控制器：处理信令信号，决定语音信号的方向。

通道控制器：语音信号方向的控制。

数字电话实际上只是双向数字传输的方法的一个特例。

Claims (6)

1.一种多媒体数字传输方法：其特征是发送端计算机的控制下，将计算机内准备发送的文件加上必要的校验、控制码后，按帧、行要求组成信息包，送发送卡的发送缓冲区；当计算机发出开始发送命令，发送卡便以电视的扫描速度，将发送缓冲区的数字信号分成三路，分别送高速数/模转换器，得到对应的电视模拟R、G、B信号，再加上同步脉冲组合成视频信号，调制到所需的频率，在有线电缆或无线电波发射中以模拟电视信号发送；在接收端计算机的控制下，终端的高频头接收到该模拟电视信号，用常规电视信号处理方法分解出R、G、B信号和同步脉冲，再将R、G、B分别送到三个高速模/数转换器，转换成一一对应的数字信号，由设立数字信号与模拟电视红、绿、兰(R、G、B)信号的对应关系，从而方便的利用模拟电视传输系统直接实现数字传输。

2.由权利要求1所述的多媒体数字传输系统，包括现有的发送、接收和光缆、同轴电缆传输设备：其特征是在发送端设的电视信号采集装置，即将电视信号实时转换成数字信息地模/数转换器，在接收端设有计算机的控制的电视机高频头和三个高速模/数转换器，用常规电视信号处理电路的输出连接三个高速模/数转换器。

3.由权利要求1所述的多媒体数字传输方法，其特征是：用电视信号采集技术将电视信号实时地模/数转换成数字信息，将电视信号压缩(MPEG2)后送入计算机，形成电视信号的二进制码流，送发送卡的发送缓冲区；然后用数字信号传输同样的流程，将此二进制码流转换、组合后作为模拟电视信号发送；在接收端计算机的控制下，用数字信号传输同样的流程将接收到的模拟电视信号转换成数字信号，在进行处理后，恢复相应的二进制码流，对此电视信号的二进制码流用VCD在光盘上读数据后介码同样的方法，以电视信号解压(MPEG2)后，再重新形成电视的视频信号，送到电视机显示。

4.一种多媒体数字传输方法，其特征是：在电视网络传输数字信号传送的基础上，利用计算机的高速运算能力，发挥同轴电缆及光缆的巨大传输容量，信号流动将上行和下行分开，以按地址码直接寻找用户的方式代替路径交换，将系统的交换功能分摊到各个部件和终端。

5.由权利要求4所述的多媒体数字传输方法，其特征是在多媒体数字传输统上形成一种分布式数字电话系统，将电话系统的交换功能分摊到各个部件和终端，数据传输以上行线和下行线分开，并设有多层次数据传输控制，每个层次的数据集中在本层次传输，本层次的每台通讯控制器按频道的容量连接控制终端电脑电话机，而数据的方向则由通道信控制器根据各个终端所发的地址码来决定。层次与层次之间的数据传输由通讯控制器或通道控制器之间来实现。

6.由权利要求5所述的多媒体数字传输装置，其特征是系统主要有三部分组成：电脑电话机、通信控制器、通道控制器，每台通讯控制器按频道的容量连接控制终端电脑电话机。

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