CN201821460U - 一种编码装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种编码装置，包括编码卡，所述编码卡包括用以从计算机处获取视频图像和音频数据的音视频接收单元、用以自音视频接收单元中获取视频图像和音频数据并将其转换成符合编码单元处理格式的高清多媒体接口单元、连接高清多媒体接口单元且用以对视频图像和音频数据进行并行压缩编码的编码单元、将编码单元压缩编码后的视频图像和音频数据进行发送的通讯单元以及对编码单元和通讯单元进行控制和协调的主控单元。本实用新型具有结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广等优点，可基于虚拟化技术且具有高数据压缩能力、支持多用户共享一台计算机并外置于计算机。

Description

一种编码装置

技术领域

本实用新型主要涉及到数据处理设备领域，特指一种可对音视频数据进行压缩和编码的编码装置。

背景技术

随着计算机技术的迅速发展，配置大容量硬盘的多核计算机逐步普及，计算机性能显著提高。但在人们的应用中，除大型游戏外，其它文档编辑、音视频播放、小型游戏等应用对计算机资源的占用率极低，一般为10%左右。且由于每个计算机仅配置一套键盘鼠标和一个显示器，不能支持多用户现场使用，因此无法通过这种方式充分利用计算机资源。

目前，从TELNET协议发展而来的远程桌面技术支持多用户以C/S模式同时远程登录到一台目标机上，利用目标机的计算和存储资源支持用户的应用，并将执行结果即远程桌面屏幕信息通过网络回传给用户，提高计算机使用率。但是，由于屏幕信息在传输上采用直接传输方式，未经任何压缩，传输时需要占用大量带宽。

因此，要减少传输时的带宽占用率，保障用户与应用程序交互的实时性，以及获得较好视频图像质量，就需要在传输前采用性能较好的算法对视频图像进行高效的压缩编码。

目前，对于音视频的压缩多采用MPEG-2算法，该算法的特点是在空域和时域上都进行压缩编码，虽然其系统资源消耗小，但其压缩后的文件数据量仍比较大，传输时对带宽要求较高，其可提供的传输速率为2～40Mbit/s，而一般的高清视频则多在30Mbit/s以上，因此业内一般较少采用该算法对高清视频数据的进行压缩编码和传输。

按照视频压缩的途径分类，压缩编码通常目前可分为软件压缩编码和硬件压缩编码两种方式。软件压缩编码具有压缩质量好、成本低、修改容易的优点，但由于其压缩是利用CPU来完成，因此压缩时CPU占用率高，一般在50%以上，容易造成系统运行速度慢，且其处理速度缓慢，不能保证数据处理的实时性；而硬件压缩编码则采用专用的处理芯片完成，处理速度快，压缩后的图像失真小，压缩的整体性能优于软件压缩编码方式。

基于上述，为充分利用计算机资源、减少计算冗余并节约用户成本，同时还要缓解网络带宽能力与用户对音视频的高质量要求的矛盾，如何选取适当的编码设备和编码方式对音视频进行压缩编码，已经成为时下亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、基于虚拟化技术且具有高数据压缩能力、支持多用户共享一台计算机并外置于计算机的编码装置，该编码装置能使数据在网络传输过程中占用带宽少且对网络带宽要求很低。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种编码装置，其特征在于：包括编码卡，所述编码卡包括用以从计算机处获取视频图像和音频数据的音视频接收单元、用以自音视频接收单元中获取视频图像和音频数据并将其转换成符合编码单元处理格式的高清多媒体接口单元、连接高清多媒体接口单元且用以对视频图像和音频数据进行并行压缩编码的编码单元、将编码单元压缩编码后的视频图像和音频数据进行发送的通讯单元以及对编码单元和通讯单元进行控制和协调的主控单元。

作为本实用新型的进一步改进：

所述编码卡上设置有用来与计算机连接的USB接口。

所述编码卡上设置有用来与计算机连接的串口。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的编码装置可结合虚拟化技术提供多用户端接入一台计算机，对音视频数据实现高压缩比的并行压缩编码，占用网络带宽少，且在不增加接入网络带宽、不降低音视频的质量、不减少单个流的数据量、在不牺牲图像质量为代价的情况下，实现向多用户终端提供高质量音视频内容，可实现计算机计算资源的充分利用。

附图说明

图1是本实用新型的功能模块图；

图2是具体实施例中编码装置的电路原理示意图；

图3是具体实施例中音视频接收单元的电路示意图；

图4是具体实施例中高清多媒体接口单元的电路原理图；

图5是具体实施例中编码单元的电路原理图；

图6是具体实施例中主控单元和通讯单元之间的电路原理图之一；

图7是具体实施例中主控单元和通讯单元之间的电路原理图之二；

图8是在应用实例中应用于家庭且支持多用户接入的架构图；

图9是在应用实例中应用于广播电视网前端的系统架构图。

图例说明：

1、编码装置；21、编码卡；210、编码单元；211、高清多媒体接口单元；212、音视频接收单元；213、主控单元；214、通讯单元；3、数据处理装置；4、广播电视网；6、通信网；15、计算机；151、虚拟机；16、用户终端。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的编码装置1包括壳体以及内置于壳体的编码卡21；该编码卡21包括编码单元210、高清多媒体接口单元211、音视频接收单元212、主控单元213以及通讯单元214；其中，编码单元210分别与高清多媒体接口单元211和主控单元213分别相连，音视频接收单元212与高清多媒体接口单元211相连，通讯单元214连接主控单元213。编码单元210可对音视频数据进行并行压缩和编码，该单元可采用H.264算法，以使用户获取到高质量的音视频数据，且在网络传输时，网络带宽占用少。高清多媒体接口单元211将音视频接收单元212传收的音视频数据转换成符合编码单元210处理的格式，并传送给编码单元210。音视频接收单元212用以自计算机15的虚拟机151中采集音视频数据，且在该单元上设置有USB接口（图中未示），通过该USB接口以及USB数据线，编码卡21便可连接至计算机15等存储有交互应用程序、音视频数据或者具有获取音视频数据内容的服务设备。通讯单元214将编码单元210压缩编码后的音视频数据发送给用户终端16。主控单元213用以协调编码单元210、高清多媒体接口单元211和通讯单元214的工作。通讯单元214可采用有线或者无线的方式与用户终端16进行通讯。

以计算机15为例，首先音视频接收单元212从计算机15中对应的虚拟机151获取音视频数据；然后通过高清多媒体接口单元211将获取的音视频数据进行格式转换并发送给编码单元210进行并行压缩编码；接下来，并行压缩编码后的音视频数据通过通讯单元214发送给用户终端16进行解码播放。

如图2所示，为具体实施例中编码装置1的电路原理示意图。编码装置1通过USB显卡与计算机15相连接，该USB显卡具有音视频接收单元212的功能，即可从计算机15获取包含应用程序声音和虚拟机151屏幕的音视频数据并发送该音视频数据。USB显卡将获取的音视频数据通过HDMI接收芯片发送给H.264编码芯片进行并行压缩编码，最后再通过主控芯片将其传给WIFI，由WIFI发送给用户终端16。

此外，HDMI接收芯片具有音视频高清多媒体接口单元211的功能，可对自USB显卡传递的音视频数据进行格式转换，以使得转换后的数据符合H.264编码芯片处理所要求的格式。比如，其可将1080P到720P之间分辨率的视频图形的YUV422数据和PCM音频数据编码为H.264TS流格式。

如图2和图3所示，USB显卡通过USB-mini-B接口与计算机15相连接，且该USB显卡通过其引脚DVI_CLKN、引脚DVI_CLKP、引脚DVI_TX0N、引脚DVI_TX0P、引脚DVI_TX1N、引脚DVI_TX1P、引脚DVI_TX2N和引脚DVI_TX2P依序与HDMI接收芯片的引脚R0XCn、引脚R0XCp、引脚R0X0n、引脚R0X0p、引脚R0X1n、引脚R0X1p、引脚R0X2n和引脚R0X2p连接。

如图2和图4所示，HDMI接收芯片用以将自USB显卡处传送的音视频数据格式转换成便于H.264编码芯片处理的数据格式，其引脚HSYNC、引脚VSYNC、引脚Q16～Q23和引脚Q28～Q35依序与H.264编码芯片的引脚VP1_HSYNC、引脚VP1_VSYNC、引脚VP1_DATA0～VP1_DATA7以及引脚VP1_DATA8～VP1_DATA15连接。

如图2和图5所示，H.264编码芯片的引脚PCI_AD0/GHBI_DQ0～PCI_AD31/GHBI_DQ31通过PCI总线分别与主控芯片的引脚AD0～AD31，以快速地对压缩编码后的音视频数据进行传输。

如图2、图6和图7所示，主控芯片的引脚DP1与WIFI的引脚2连接，引脚DM1和WIFI的引脚3连接，以将自H.264编码芯片压缩编码后的数据通过WIFI发送给用户终端16接收播放。

如图8所示，其为本实用新型编码装置应用于家庭且支持多用户接入的架构图。结合图1所示，本实用新型编码装置1结合虚拟机技术实现家庭多用户终端16的接入以及多用户终端16音视频数据内容的传输，即：

首先，用户终端16通过网络向接入计算机15等存储有交互应用程序、音视频数据或者具有获取音视频数据内容的服务设备发出服务请求；其次，计算机15接收并响应服务请求，且针对请求服务的用户终端16去启动与之对应的虚拟机151建立服务；最后，建立虚拟机151→编码装置1→用户终端16→虚拟机151的数据传输路径。在这种应用中，用户终端16与虚拟机151建立服务之后，用户终端16通过通信网6发送用户指令，虚拟机151从通信网6中接收、解析并执行用户指令。虚拟机151执行完用户指令后，其执行结果（即应用程序的声音和虚拟机的桌面）的音视频数据被发送到编码装置1中，由编码装置1将之进行压缩编码后通过通信网6发送给用户终端16，用户终端16接收到音视频数据后对其进行解码显示，让用户知晓服务执行结果，再根据执行结果进行下一步操作。

随着人们生活水平的提高，家庭中拥有多台电脑或电视的情况已不鲜见，通过上述数据传输路径，用户可以在家中任何地方在该编码装置1的支持下在计算机15中玩大型的网络游戏以及播放高清音视频内容，甚至实现电脑界面在家中的电视机上显示，以及增强用户看电影等的体验。

在该实施例中，用户可根据实际使用的终端设备所具有的通讯方式或家庭实际网络环境，去决定采用有线或无线的通讯方式或者网络形式来实现用户终端16与编码装置1或计算机15等存储有音视频数据或者具有获取音视频数据内容的服务设备之间的通讯。

编码装置1中包含的编码卡21可以为多张，以支持更多的用户接入。

参见图9所示，其为本实用新型的编码装置应用于广播电视网前端的系统架构图。

结合图1，编码装置1也可对广播电视网前端音视频数据内容的并行压缩编码以及结合虚拟机技术实现多用户终端16并入时音视频数据内容的传输，即：

首先，多用户终端16通过无线或有线的方式通过通信网6向接入计算机15等存储有音视频数据或者具有获取音视频数据内容的服务设备发出服务请求；其次，计算机15等存储有音视频数据或者具有获取音视频数据内容的服务设备接收并响应该服务请求，且针对请求服务的用户端终端16去启动与之对应的虚拟机151建立服务；最后，建立虚拟机151→编码装置1→数据处理装置3→广播电视网4→用户终端16→虚拟机151的数据传输路径。在这种应用中，用户终端16与虚拟机151建立服务之后，用户终端16通过通信网6发送用户指令，虚拟机151从通信网6中接收、解析并执行用户指令。虚拟机执151执行完用户指令后，其执行结果（即应用程序的声音和虚拟机的桌面）的音视频数据被发送到编码装置1中，由编码装置1将之进行压缩编码后发送给数据处理装置3进行处理，经过数据处理装置3处理后的数据最后通过广播电视网4发送给用户终端16，用户终端16接收到音视频数据后对其进行解码显示，让用户知晓服务执行结果，再根据执行结果进行下一步操作。

传输时，虚拟机151自前端采集用户终端16请求服务的音视频内容，并将其传递给编码装置1，编码装置1对音视频内容进行并行压缩编码，进一步数据处理装置3将该压缩编码后的数据进行封装、多路复用、调制后通过广播电视网4分发给用户终端16进行解封装、解复用、解调和解码，进一步播放给用户观看。

其中，具体实施时，该用户终端16为机顶盒；数据处理装置3包括调制器、复用器及加扰器等对音视频数据进行处理的设备。

在该实施例中，虚拟机151与用户终端16对应，即一个虚拟机151对应一个用户终端16。具体应用时，虚拟机151和用户终端16可为多个。在编码装置1中，编码卡21可以是多张，以扩展用户终端16接入数。

类似地，该装置也可以用于IP网络前端，其与应用于广播电视网4前端的区别在于，其可以不采用数据处理装置3，传输网络为IP网络，以及用户终端16可以为任何可以解码IP数据的装置。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种编码装置，其特征在于：包括编码卡（21），所述编码卡（21）包括用以从计算机（15）处获取视频图像和音频数据的音视频接收单元（212）、用以自音视频接收单元（212）中获取视频图像和音频数据并将其转换成符合编码单元（210）处理格式的高清多媒体接口单元（211）、连接高清多媒体接口单元（211）且用以对视频图像和音频数据进行并行压缩编码的编码单元（210）、将编码单元（210）压缩编码后的视频图像和音频数据进行发送的通讯单元（214）以及对编码单元（210）和通讯单元（214）进行控制和协调的主控单元（213）。

2.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：所述编码卡（21）上设置有用来与计算机（15）连接的USB接口。

3.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：所述编码卡（21）上设置有用来与计算机（15）连接的串口。

4.根据权利要求1或2或3所述的编码装置，其特征在于：所述通讯单元（214）为有线或者无线的通讯方式。

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