CN1941903A - 一种实现多码流同时输出的转码系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现多码流同时输出的转码系统及方法，用于实现输入端的同一媒体流格式到多个不同媒体流格式的输出端之间的格式转换，包括实现转码所有输出端均采用到的公共部分的公用转码模块；对应每个输出端的终端转码模块；处于公用转码模块及终端转码模块之间的数据缓存模块；以及分别与公用转码模块、终端转码模块、数据缓存模块连接的协调控制模块。本发明采用流水线的原理实现了同一输入流同时多个输出的转码。

Description

一种实现多码流同时输出的转码系统及方法

                    技术领域

本发明涉及数字家庭中视频转码、数字视频服务的技术领域，具体来说，涉及了一种能够将视频信号转换成多个不同质量的数字视频信号，从而按照用户的需要提供相应级别数字视频信号的系统及方法。

                    背景技术

传统的视频服务一般是指通过电视电缆向用户直接传输电视信号，从而为用户提供电视、电影等视频节目。随着多媒体技术的发展，电脑、手机、PDA等设备也开始具备了观看视频节目的能力，一种通过宽带、无线网等网络向用产提供数字视频信息，使用户能够随时随地、随心所愿地在不同电子终端上观看视频节目的服务正在悄然兴起，这就是数字视频服务。

数字视频服务是随着软硬件技术和数字传输网络的发展而迅速发展起来的，它是一种比传统视频服务更加灵活、应用更加广泛的视频服务。数字视频服务的设备多样性、地域随意性为视频信号的传输和编解码提出了新的要求：如何根据网络的传输要求，向用户提供一定质量的信号？如何根据设备处理能力的不同，向用户提供不同质量的信号？如何同时满足多种用户的不同需求？解决以上问题的方法多种多样，转码技术就是其中一个重要的环节。

转码就是把当前的压缩视频信号转换到另外的一种视频压缩方式，转换后的视频可能和以前的视频有不同的速率、帧率、帧大小甚至是压缩标准、方式都可以不一样。转码应该能够处理从一种格式的视频流到另一种格式的视频流的转化，以适合通过异构网络和一些终端设备(如普通PC、移动设备等)进行传输。转码要求可以通过调整一系列参数(包括视频质量、帧率、分辨率等等)来对视频数据进行转码，以及根据不同的通讯连接的特征来动态的调整编码特性。

视频转码技术的发展已经有多年的历史，各种技术也相对比较成熟，但是，由于运用环境的局限性，以前的大部分技术考虑的是如何去充分利用信号本身的空间、时间的特性来减少转码过程的复杂性，提高转码效率，很少考虑到多质量视频输出需求条件如何进行转码；当需要传输高低多种质量的视频信息时，通常是采用先编码成高质量的码流，输出低质量视频时再做转码，这样会造成时间的浪费和输出拖延，存在可待改进之处。

而随着数字家庭网络的兴起，在数字家庭环境下，同一个视频节目通常需要同时转换成多种质量的输出流，为不同用户(如PC用户、手机用户)提供不同的数据。这种情况下，采用传统的单输入流、单输出流的视频转码过程会导致服务需要重复进行转码过程，造成时间的拖延和操作的冗余。

                    发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现输入端的同一媒体流格式到多个不同媒体流格式的输出端之间的格式转换系统。

本发明的另一目的在于根据该格式转换系统，提供一种用于将一个输入端的流媒体格式同时转码成多个输出端的不同流媒体格式的格式转换方法。

为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：

一种实现多码流同时输出的转码系统，用于实现输入端的同一媒体流格式到多个不同媒体流格式的输出端之间的格式转换，包括：

实现转码所有输出端均采用到的公共部分的公用转码模块；

对应每个输出端的终端转码模块；

处于公用转码模块及终端转码模块之间的数据缓存器；

以及分别与公用转码模块、终端转码模块、数据缓存器连接的协调控制模块。

本发明的公用转码模块主要负责转码前期过程中的一些公用的转化过程，它通常由各个转码过程都需要用到的、速度相对较快的步骤组成，从而为后面的转码操作提供一些基础数据。对于不同应用环境下，公用模块的实现内容可能有很大的不同，比如说，在直接接受模拟电视视频输入的情况下，公用模块进行的可能是颜色空间的转化功能；对于采用数字视频输入的情况下，公用模块实现的可能是对原有信号进行解码还原的过程。

所述数据缓存模块在本发明的整个架构中主要起到的是一个缓冲器的作用，同时它也具有路由选择的特性。在数据缓冲模块的左边，是速度相对较快的公用模块；在它的右边的，则是速度相对较为缓慢的转码核心模块。数据缓冲模块正是为了协调左右两边存在的速度差问题；同时，由于数据缓存模块的输入只有一个源头，即公用转码模块的输出，而它的输出却是好几个数据流，即多个终端转码模块的输入，所以数据缓存模块还具有路由控制的功能。

所述终端转码模块是整个转码工作的主要执行部件，它主要是由一些比较消耗时间、各个数据流无法重复使用的部件组成。从单个输出码流的转码过程来看，转码部件占用的时间是整个过程最大的部分，通常需要占到70％或者更多的时间，所以本发明在这部分的设计引入了流水线的思想，通过重复设置多个器件来达到提高整体效率的目的。

所述终端转码模块包括运动矢量计算子模块、DCT量化子模块、霍夫曼编码子模块。

而终端转码模块的流水线主要体现在各个模块之间通过复用数据流进行交互。某个终端的数据可以作为另一个终端的复用数据，故而通过复用数据的流水线原理，不必在每个终端做同样的重复转换。

所述协调控制模块主要用于控制各个模块之间的协调工作。由于公用转码模块和终端转码模块之间存在着时间和效率上的差异，即使中间增加了数据缓存模块，但是它们的工作还是需要一个统一的控制协调中心来完成；同时，对于数据缓存模块来说，它本身具备了一个多路输出选择器的功能，但是具体要将数据输出到哪个转码部件上，这也需要一个控制中心来控制处理，这个控制中心就是协调控制模块。协调控制模块是整个过程的控制中心，所有的模块都要通过在它的控制协调下进行相应的工作。

为了进一步提升本发明的转码效能，公用转码模块包括颜色空间转换子模块和划分图像宏块子模块，而终端转码部件还包括颜色差值计算子模块。

为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：

一种实现多码流同时输出的转码方法，用于将一个输入端的流媒体格式同时转码成多个输出端的不同流媒体格式，先通过公用模块实现对输入端到多个输出端之间的转码所需的共同部分进行转码，形成存储于数据缓存器中的临时转码流媒体，再通过具体的终端转码模块将临时转码流媒体转换成对应终端所支持的流媒体格式，所述不同终端转码模块之间还通过复用数据流进行交互，而所述全过程均通过协调控制模块进行控制。

本发明所述的转码方法中，所述协调控制模块包括控制存放于数据缓存器中的临时转码流媒体为连续的视频片断或是分割后的图像宏块，以及相应地控制视频片断进入各个终端转码模块，或是控制不同的图像宏块进入不同的终端转码模块。

相应的，所述协调控制模块还包括控制不同终端转码模块之间交互复用数据流。所述复用数据流包括了运动矢量、颜色差值中的一种或两种数据。

故而，协调控制模块可控制数据从数据缓存模块进入到具体的终端转码模块是采用连续的视频片断同时进入多个终端转码模块，也可以是图像宏块进入不同的终端转码模块，而在不同终端转码模块之间，还控制它们之间的数据复用，进而实现流水线原理。

本发明的优点在于：

(1)可实现多种质量的视频码流同时形成，减少不同质量码流转换过程中的冗余操作。本发明在对同一输入流进行转换的过程中，能同时向外提供多种质量的视频码流，既提高了时效性，又降低了冗余操作；

(2)在视频转码领域引入流水线的思想，实现较低的软硬件设施实现较高要求的功能。本发明通过重复部署运动矢量运算部件等重要部分，同时合理重复利用运动矢量等结果数据，实现了计算速度的成倍增长；更为重要的是，不同运算部件能够形成多个不同质量、完整的视频信号流，它们都可以直接作为输出信号传送到用户终端上，从满足不同用户的多种需求，适应了未来数字家庭环境的应用要求。

(3)实现灵活，具有较好的扩展性和适应性。由于引入了流水线的思想，实现人员可以根据用户的需要和实际软硬件价格等各方面的因素，灵活设置部件的多少和由硬件还是软件实现。在实际运用中，用户可以按照自己的要求配置运动矢量运算部件等部件的数量，也可以选择用硬件实现该部件或是采用软件系统实现。

                    附图说明

图1为本发明的转码系统结构示意图；

图2为本发明应用于数字视频服务的环境示意图；

图3为本发明应用于数字视频服务的转码系统结构示意图。

                   具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的转码系统结构示意图如附图1所示，包括公用模块、数据缓存器、协调控制模块，以及多个转码部件，分别为转码部件1、转码部件2、......转码部件N，公用模块接收外部的输入流，公用模块与数据缓存器连接，数据缓存器在与N个转码部件分别连接，转码部件的输出码流则分别与用户的请求终端对应，各个转码部件之间通过复用数据交互，而所述协调控制模块则分别与公用模块、数据缓存和转码部件连接，并通过控制流控制它们的运作。

附图2为本发明应用于一个数字视频服务的应用环境示意图。其中，来自卫星的视频信息通过接收器传入小区的数字视频服务器，数字视频服务器将源信息进行转码后，根据不同用户的需求将数字视频信息传送到不同用户终端上。本应用的终端有PDA、PC和HDTV三种，由于它们的硬件、传输性能不同，所需的视频质量则是依次增高。

本发明的转码系统就应用于中心的数字视频服务器，本实施例的转码系统的结构示意图如附图3所示，所述公用模块的输入端为视频服务器所提供的视频数据流，公用模块包括颜色空间转换模块、划分图像宏快模块，而终端转码部件则采用三个，每一个转码部件均包括颜色差值计算模块、运动矢量计算模块、DCT量化模块、霍夫曼编码模块，转码部件1的输出连接到用户PDA上，转码部件2的输出连接到PC用户上，转码部件3的输出连接到HTDV用户上，转码部件1和转码部件2之间、转码部件2和转码部件3之间的颜色差值复用数据通过差值计算模块交互，而运动矢量的复用数据则通过矢量计算模块交互。

本实施例的实施过程如下：

1、接收器从卫星接收信号传入数字视频服务器；

2、转码系统接收到信号后，首先由公用模块对信号进行下面两项操作：

采样并进行颜色空间的转化，将RGB空间的信号转化为YCbCr信号；

对转化后的图像进行宏块划分，并将结果放入数据缓冲区；

3、缓冲区在协调控制器的控制下，分别将不同图像帧传入不同的转码部件。并让转码部件1、2、3分别对图像1-5、1-3、1-2进行运动矢量的计算和颜色差值的计算；

4、编码部件1计算出一个基于图像1、5的数字视频流作为输出，同时将计算过程中得到的运动矢量和颜色差值传入编码部件2；编码部件2计算出一个基于图像1、3的运动矢量和颜色差值，然后再将计算结果与编码部件1传来的复用数据进行差减运算，最终形成一个基于图像1、3、5的数字视频流输出；同样，对于转码部件3，它首先计算一个基于图像1、2的运动矢量和颜色差值，再将结果与编码部件2传来的复用数据进行计算，最终形成一个基于图像1、2、3、5的一个视频输出流；

5、对于形成的3个不同质量的视频数据，服务器再通过不同的传送方式将它们发送到不同的终端用户上。

Claims (8)

1、一种实现多码流同时输出的转码系统，用于实现输入端的同一媒体流格式到多个不同媒体流格式的输出端之间的格式转换，其特征在于包括：

实现转码所有输出端均采用到的公共部分的公用转码模块；

对应每个输出端的终端转码模块；

处于公用转码模块及终端转码模块之间的数据缓存模块；

以及分别与公用转码模块、终端转码模块、数据缓存模块连接的协调控制模块。

2、根据权利要求1所述的实现多码流同时输出的转码系统，其特征在于所述终端转码模块之间通过复用数据流进行交互。

3、根据权利要求1或2所述的实现多码流同时输出的转码系统，其特征在于所述终端转码模块包括运动矢量计算子模块、DCT量化子模块、霍夫曼编码子模块。

4、根据权利要求3所述的实现多码流同时输出的转码系统，其特征在于所述公用转码模块包括颜色空间转换子模块和划分图像宏块子模块，所述终端转码部件还包括颜色差值计算子模块。

5、一种实现多码流同时输出的转码方法，用于将一个输入端的流媒体格式同时转码成多个输出端的不同流媒体格式，其特征在于先通过公用模块实现对输入端到多个输出端之间的转码所需的共同部分进行转码，形成存储于数据缓存模块中的临时转码流媒体，再通过具体的终端转码模块将临时转码流媒体转换成对应终端所支持的流媒体格式，所述不同终端转码模块之间还通过复用数据流进行交互，而所述全过程均通过协调控制模块进行控制。

6、根据权利要求5所述的实现多码流同时输出的方法，其特征在于所述协调控制模块包括控制存放于数据缓存模块中的临时转码流媒体为连续的视频片断或是分割后的图像宏块，以及相应地控制视频片断进入各个终端转码模块，或是控制不同的图像宏块进入不同的终端转码模块。

7、根据权利要求5或6所述的实现多码流同时输出的方法，其特征在于所述协调控制模块还包括控制不同终端转码模块之间交互复用数据流。

8、根据权利要求2所述的实现多码流同时输出的转码系统，其特征在于所述复用数据流包括了运动矢量、颜色差值中的一种或两种数据。

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