DE202016008753U1 - Bei Gigabit-Ethernet anwendbare vernetzte Videokommunikation - Google Patents

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Abstract

Videodatenkommunikationssystem zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein Ethernet-basiertes IP-Netzwerk, wobei das Videodatenkommunikationssystem Folgendes umfasst:
ein Eingabemittel zum Empfangen oder Erhalten mehrerer Videoströme, wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert,
ein Ethernet-basiertes IP-Netzwerk zum parallelen Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren Videoströme von einem Sender zu einem Empfänger, wobei das Ethernet-basierte IP-Netzwerk mindestens zwei Kanäle von direkten Verbindungen beinhaltet, wobei jede der direkten Verbindungen eine beschränkte Übertragungsrate aufweist,
ein Empfangsmittel zum Empfangen der mehreren Videoströme nach der Übertragung über das Ethernet-basierte IP-Netzwerk,
einen Video-Genlocker zum Erzeugen eines Taktes für die empfangenen Videoströme und zum Synchronisieren der empfangenen Videoströme, und
ein Kombinierungsmittel zum Kombinieren der synchronisierten empfangenen Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet von Daten- und Audio-/Videokommunikation. Insbesondere betrifft es Systeme für eine Videokommunikation mit niedriger oder ultraniedriger Latenz, die UHD-Auflösungen (UHD: Ultra High Definition - Ultrahochauflösung) oder 3D(dreidimensionale)-Videoströme über ein Gigabit-Ethernet senden können.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Videodaten können, in Abhängigkeit davon, ob sich auf ein Farb- oder Graustufenvideo bezogen wird, als ein dreidimensionales Array von Farb- oder Luminanzdaten angesehen werden. Zwei Dimensionen - horizontal und vertikal - dieses dreidimensionalen Arrays repräsentieren räumliche Daten oder sogenannte Pixel eines Videobildes, wohingegen die dritte Dimension den Zeitbereich von aufeinanderfolgenden Bildern repräsentiert. Nachfolgend wird jedes Videobild ein Frame genannt. Ein Frame von Pixeldaten, die durch einen Bildgebungssensor erzeugt werden, wird typischerweise zu einer Verarbeitungs- oder Visualisierungseinheit durch Serialisieren der Daten und Senden von diesen über eine oder eine begrenzte Menge von Kommunikationsleitungen transferiert. Dennoch werden die zweidimensionalen räumlichen Daten eines einzelnen Frames über eine einzige Kommunikationsleitung als eine aufeinanderfolgende zeitliche Reihe von Daten transferiert. Diese Kommunikationsleitung kann analoge Daten oder digitale Codewörter, die die ursprünglichen Pixeldaten repräsentieren, führen. Durch das Verwenden mehrerer Kommunikationsleitungen können Daten paralleler transferiert werden (z. B. transferieren manche Systeme Rot, Grün, Blau und Synchronisationsdaten parallel). Die obige Beschreibung erläutert typischerweise, wie ein Kamerasystem ihre aufeinanderfolgenden Framedaten über ein einziges Kabel zu einer Anzeige transportiert. Eine Digitalanzeige wird alle aufeinanderfolgenden Daten eines einzelnen Frames in einem Puffer sammeln und wird ihn, sobald der Frame vollständig ist, der Anzeigematrix zur Visualisierung darlegen. Im Rest dieses Textes wird dies als eine ,direkte Videoverbindung‘ bezeichnet. Video- oder Bildkompression bezieht sich auf eine Bandbreitenreduzierung entweder in der räumlichen Domäne (Bildkompression) oder gleichzeitig in der räumlichen und zeitlichen Domäne (Videokompression). Das grundlegende Ziel der Kompression besteht darin, die Menge an Daten (Bandbreite) zu reduzieren. Das Letztgenannte kann entweder ohne Verlust irgendwelcher Informationen durchgeführt werden (verlustfreie Kompression). Dennoch können die ursprünglichen Framedaten basierend auf den komprimierten Framedaten identisch rekonstruiert werden und sind eine perfekte bitweise Übereinstimmung zu dem Original. Alternativ dazu kann die Kompression derart durchgeführt werden, dass ein menschlicher Betrachter nicht in der Lage ist, die Unterschiede zwischen dem Original und den komprimierten Framedaten wahrzunehmen (visuell verlustfreie Kompression). Dennoch kann der ursprüngliche Frame nicht identisch rekonstruiert werden, aber ein menschlicher Betrachter wird typischerweise nicht die Unterschiede zwischen dem Original und dem rekonstruierten Frame sehen. Schließlich kann die Kompression ,verlustbehaftet‘ sein und die Menge an visuellen Informationen verringern, um eine stark verbesserte Kompressionseffizienz zu erhalten. Die Videokompression nutzt die Tatsache aus, dass Pixeldaten typischerweise stark temporär und räumlich redundant sind. Eine Kompression kann erzielt werden, indem die Differenzen zwischen einem Pixel und einer oder mehreren Referenzen räumlich gespeichert werden (Intra-Frame: z. B. im JPEG-Kompressionsschema verwendet) und indem die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Frames im Zeitbereich gespeichert werden (Inter-Frame: z. B. im MPEG-Kompressionsschema verwendet). In Anbetracht dessen, dass das menschliche Auge gegenüber subtilen Variationen in der Intensität und/oder Farbe nicht sehr empfindlich ist, kann zusätzlich dazu eine weitere Kompression erhalten werden, indem die Menge an unterschiedlichen Variationen, die nach der Kompression bewahrt werden, reduziert wird. Kombinationen dieser Techniken bilden die Grundlagen hinter modernen heutigen Kompressionsschemen, wie z. B. in den MPEG1 - MPEG2- und MPEG4-Familien und zugehörigen verwendet wird.
  • Ein Kommunikationsprotokoll ist eine Vereinbarung zwischen Rechen- oder Telekommunikationssystemen für den Austausch von Informationen. Kommunikationsprotokolle, die auf dem Internet/Intranet verwendet werden, sind dazu ausgebildet, in einem komplexen und unkontrollierten Umfeld zu arbeiten. Die Gestaltung dafür verwendet typischerweise ein Schichtschema als eine Basis, das ein größeres und komplexeres Protokoll in verschiedene, leichter zu verwaltende Subprotokolle entkoppelt. Die Internetprotokoll-Suite besteht aus den folgenden Schichten: Anwendungs-, Transport-, Internet- und Netzwerkschnittstellenfunktionen. Das Internet bietet hierbei eine universelle gegenseitige Verbindung an, was bedeutet, dass einem beliebigen Paar von Computern, die mit dem Internet verbunden sind, gestattet ist, zu kommunizieren. Alle gegenseitig verbundenen physischen Netzwerke erscheinen dem Benutzer als ein einziges großes Netzwerk. Dieses Verbindungsschema wird daher das Internet genannt. Kommunikationsprotokolle können Signalisierungs-, Authentifizierungs-, Verschlüsselungs- und Fehlerdetektion-und-Korrektur-Fähigkeiten beinhalten.
  • Eine Videokommunikation kann über ein elektrisches oder optisches ,direktes Kabel‘, das Rohvideodaten führt, minimal oder nicht komprimiert und typischerweise ohne Verwendung von Kommunikationsprotokollen höherer Ebene erhalten werden. Dieses System basierend auf einem klassischen Kabel ergibt typischerweise eine schnelle Kommunikation mit niedriger Latenz, verbraucht aber hohe Bandbreiten und kann normalerweise nicht über ein komplexes Kommunikationsnetzwerk, wie das Internet oder ein Intranet, getunnelt werden. Zusätzlich dazu erlegt eine traditionelle Videoverkabelung typischerweise begrenzte maximale Kabellängen auf oder sie muss mit teurer und/oder signalspezifischer Technologie, wie etwa UTP-Extendern, faseroptischen Extendern und Satellitenverbindungen, erweitert werden. Andererseits entstehen für diese Technologien hohe Kosten für eine relativ beschränkte Flexibilität, um mehrere Kanäle auf denselben „Draht“ zu legen und/oder denselben Kanal auf mehreren Empfängern zu empfangen. Internetfähige Videokommunikationssysteme (z. B. für Telepräsenz verwendet) bieten typischerweise eine starke Kompression an und arbeiten nahtlos über das Internet/Intranet, führen aber immer eine Verzögerung von einem oder mehreren Frames ein. Mit anderen Worten beinhalten komplexe Kommunikationsprotokolle und Kompression eine Verzögerung.
  • Trotz der fortgeschrittenen Stufe gegenwärtiger Systeme zur Videokommunikation verbleibt ein Bedarf für ein System, das niedrige Latenz und stark komprimierte internet-/intranetfähige Videokommunikation kombiniert und möglicherweise hohe visuelle Qualität bietet. Es mangelt an einem Verfahren oder einer Vorrichtung, das bzw. die das Internet/Intranet - oder einen Kommunikationskanal mit ähnlicher Komplexität - zum Senden und Empfangen von Videodaten mit nur einer Verzögerung, die weniger als die Hälfte der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Frames in der Videoeinspeisung ist, die der Sendeeinheit dargelegt wird, verwenden könnte. Mit anderen Worten erscheint die überschüssige Verzögerung im Vergleich zu einer ,direkten Videoverbindung‘ (vgl. oben) eines beliebigen vorherigen Systems typischerweise als mindestens die Hälfte des Inter-Frame-Zeitintervalls.
  • Genlock ist eine übliche Technik in (hauptsächlich analogem) Video zum Synchronisieren der Videoausgabe unterschiedlicher Quellen zu einem gemeinsamen Generatorsignal, wobei das Letztgenannte auch ein anderes Videosignal sein kann.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, gute Systeme zur Latenz-Videokommunikation bereitzustellen, die Ultra-High-Definition-Video- oder Stereo-Videoeinspeisungen über ein paketiertes Netzwerk, wie Ethernet-basierte IP-Netzwerke (Video über IP) transportieren können.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass die Videokommunikation eine Videokommunikation mit niedriger oder ultraniedriger Latenz sein kann.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass Systeme für einen Genlock-Algorithmus bereitgestellt werden, der über ein diskretes und paketiertes Netzwerk, wie das Ethernet, geführt werden kann.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass Glitches in der Videoanzeige infolge des Schlagens von Videotakten entfallen.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass eine Pufferung und Neuabtastung, die eine Zunahme der Verzögerung in einem Videokommunikationssystem verursachen, entfallen können.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass unterschiedliche Videoquellen mit einem unzusammenhängenden Videotakt gegenüber einem gemeinsamen Generatorvideotakt synchronisiert werden können, wobei sich nur das Ethernet zwischen den unterschiedlichen Videoquellen befindet.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass UHD-Videoquellen über Ethernet unter Verwendung derselben Werkzeuge, Algorithmen, Codecs und Systeme zur Bearbeitung einer Anzahl von unabhängigen HD-Videoquellen, z. B. vier unabhängigen Videoquellen, verarbeitet werden können.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass 3D- oder Stereovideoquellen über Ethernet unter Verwendung derselben Werkzeuge, Algorithmen, Codecs und Systeme zur Bearbeitung von zwei unabhängigen HD-Videoquellen verarbeitet werden können.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass UHD-Videoquellen mit zum Beispiel 3 bis 30-mal niedrigerem Bandbreitenverbrauch im Vergleich zu den ursprünglichen Rohdateneinspeisungen von über 12 Gigabit pro Sekunde transportiert werden können, was im Endeffekt eine Hochqualitäts-UHD über ein Gigabit(1000-Base-T)-Netzwerk anstelle eines typischen 10-Gigabit(10000-Base-T)-Netzwerk ermöglicht.
  • Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, dass UHD-Videoquellen über Ethernet mit einer Verzögerung zwischen der Videoeingabe bei der Sendeeinheit und der Videoausgabe bei der Empfangseinheit, die geringer als eine Frameperiode des Videotaktes (Inter-Frame-Zeitintervall) ist, transportiert werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt ein Videodatenkommunikationssystem zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk, wobei das Videodatenkommunikationssystem Folgendes umfasst:
    • ein Eingabemittel zum Empfangen oder Erhalten mehrerer High-Definition-Videoströme (High Definition - Hochauflösung), wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert,
    • ein paketvermitteltes Netzwerk zum parallelen Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren High-Definition-Videoströme von einem Sender zu einem Empfänger,
    • ein Empfangsmittel zum Empfangen der mehreren High-Definition-Videoströme nach der Übertragung über das paketvermittelte Netzwerk,
    • einen Video-Genlocker zum Erzeugen eines Taktes für die empfangenen High-Definition-Videoströme und zum Synchronisieren der empfangenen High-Definition-Videoströme, und ein Kombinierungsmittel zum Kombinieren der synchronisierten empfangenen High-Definition-Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom.
  • Die mehreren High-Definition-Ströme können jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die ein Segment von Ultra-High-Definition-Bildern des Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren.
  • Die mehreren High-Definition-Ströme können jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die eines der zwei stereoskopischen Bilder des dreidimensionalen Videostroms repräsentieren. Das Eingabemittel kann ein Mittel zum Empfangen des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms und ein Teilungsmittel zum Teilen des Ultra-High-Definition-Videostroms oder des dreidimensionalen Videostroms in mehrere High-Definition-Videoströme, die unabhängig voneinander übertragen werden können, umfassen.
  • Das Eingabemittel kann dazu eingerichtet sein, vier High-Definition-Videoströme zu empfangen, die zusammen eine Ultrahochauflösung bilden.
  • Eine Übertragungsrate für Ultra-High-Definition-Videoströme kann geringer als 1 Gigabit pro Sekunde sein.
  • Das Videodatenkommunikationssystem kann des Weiteren Folgendes umfassen: für jeden High-Definition-Videostrom, eine Übertragungseinheit, die einen Bilderfassungsschaltkreis oder einen Bildrekonstruktionsschaltkreis zum Erfassen oder Rekonstruieren eines Bildframes oder Bildfeldes umfasst, eine Videoverarbeitungseinheit zum Verarbeiten von zumindest einem Teil der High-Definition-Videodaten und eine Kommunikationseinheit zum Senden oder Empfangen von zumindest einem Teil der Daten, wobei mindestens zwei des Bilderfassungsschaltkreises oder des Bildrekonstruktionsschaltkreises, der Videoverarbeitungseinheit und der Kommunikationseinheit zur gleichzeitigen Bearbeitung unterschiedlicher Teile desselben Bildframes eingerichtet sind, wobei die Teile kein komplettes Bildfeld oder unterschiedliche Teile desselben Bildfeldes der High-Definition-Videodaten sind. Die Latenz für den Ultra-High-Definition-Videostrom kann geringer als eine Inter-Frameperiode in dem Videostrom sein.
  • Beispielhaft umfasst ein Verfahren zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk, Folgendes: Empfangen oder Erhalten mehrerer High-Definition-Videoströme, wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert,
    • paralleles Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren High-Definition-Videoströme über ein Netzwerk,
    • Empfangen der mehreren High-Definition-Videoströme nach der Übertragung über ein paketvermitteltes Netzwerk,
    • Erzeugen eines Taktes für die empfangenen High-Definition-Videoströme und Synchronisieren der empfangenen High-Definition-Videoströme, und
    • Kombinieren der synchronisierten empfangenen High-Definition-Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom.
  • Die mehreren High-Definition-Ströme können jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die ein Segment von Ultra-High-Definition-Bildern des Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren.
  • Das Verfahren kann Hinzufügen von Informationen in den Header der mehreren High-Definition-Videoströme umfassen, die eine räumliche Konfiguration des Videostroms bezüglich der anderen Videoströme angeben.
  • Das Erhalten mehrerer Hochauflösungen kann ein Empfangen des Ultra-High-Definition-Videostroms und Teilen des Ultra-High-Definition-Videostroms in mehrere High-Definition-Videoströme umfassen.
  • Das Verfahren kann Folgendes umfassen:
    • Erfassen oder Rekonstruieren eines Bildframes oder Bildfeldes
    • Verarbeiten von zumindest einem Teil der Videodaten, und
    • Senden oder Empfangen von zumindest einem Teil der Daten,
    • wobei mindestens zwei des Erfassens oder Rekonstruierens, Verarbeitens und Sendens oder Empfangens gleichzeitig durch ein gleichzeitiges Bearbeiten unterschiedlicher Teile desselben Bildframes durchgeführt werden können, wobei die Teile kein komplettes Bildfeld oder unterschiedliche Teile desselben Bildfeldes der High-Definition-Videoströme sind.
  • Manche Ausführungsbeispiele betreffen auch eine Menge von Videoströmen, wobei die Videoströme High-Definition-Videoströme sind, die alle ein Segment eines Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren, wobei die High-Definition-Videoströme zusammen den Ultra-High-Definition-Videostrom bilden, wobei die Videoströme einen Header umfassen, wobei der Header Informationen bezüglich der räumlichen Konfiguration der High-Definition-Videoströme bezüglich eines Ultra-High-Definition-Videostroms umfasst.
  • Manche Ausführungsbeispiele betreffen auch die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, in stereoskopischen oder dreidimensionalen Videodaten.
  • Manche Ausführungsbeispiele betreffen des Weiteren die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, zum Kombinieren mehrerer High-Definition-Videodateneingaben und zum Bereitstellen mehrerer High-Definition-Videodatenausgaben oder Bereitstellen einer zusammengefügten Datenausgabe.
  • Manche Ausführungsbeispiele betreffen auch die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, zum Erhalten eines visuell verzögerungsfreien Transports von Ultra-High-Definition-Videodaten.
  • Spezielle und bevorzugte Aspekte der Erfindung sind in den begleitenden unabhängigen und abhängigen Ansprüchen dargelegt. Merkmale aus den abhängigen Ansprüchen können mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und mit Merkmalen anderer abhängiger Ansprüche wie zweckmäßig, und nicht lediglich wie in den Ansprüchen explizit dargelegt, kombiniert werden.
  • Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus der einen oder den mehreren nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme auf diese verdeutlicht.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht einen schematischen Überblick von Komponenten eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 veranschaulicht ein Beispiel für die Übertragung von 3D-Kamerabildern über ein paketvermitteltes Netzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 veranschaulicht ein Beispiel für die Übertragung von UHD-Bildeinspeisungen über ein paketvermitteltes Netzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Zeichnungen sind nur schematisch und nicht beschränkend. In den Zeichnungen kann die Größe mancher Elemente für Veranschaulichungszwecke übertrieben und nicht maßstabsgetreu sein.
  • Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht als den Schutzumfang beschränkend aufgefasst werden.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf gewisse Zeichnungen beschrieben wird, ist die Erfindung nicht darauf, sondern nur durch die Ansprüche beschränkt. Die beschriebenen Zeichnungen sind nur schematisch und nicht beschränkend. In den Zeichnungen kann die Größe mancher Elemente für Veranschaulichungszwecke übertrieben und nicht maßstabsgetreu sein. Die Abmessungen und die relativen Abmessungen entsprechen nicht notwendigerweise tatsächlichen Reduzierungen, um die Erfindung umzusetzen.
  • Des Weiteren werden die Ausdrücke ,erster‘, ,zweiter‘ und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Unterscheidung zwischen ähnlichen Elementen und nicht notwendigerweise zur Beschreibung einer Sequenz, entweder temporär, räumlich, in der Rangordnung oder auf eine andere beliebige Art und Weise, verwendet. Es soll verstanden werden, dass die so verwendeten Ausdrücke unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung für den Betrieb in anderen Sequenzen wie hierin beschrieben oder veranschaulicht fähig sind.
  • Darüber hinaus werden die Ausdrücke oben, unten, über, Vorderseite und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen für Beschreibungszwecke und nicht notwendigerweise zur Beschreibung relativer Positionen verwendet. Es soll verstanden werden, dass die so verwendeten Ausdrücke unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung für den Betrieb in anderen Orientierungen wie hierin beschrieben oder veranschaulicht fähig sind.
  • Es soll festgestellt werden, dass der Ausdruck einschließlich‘, wie in den Ansprüchen verwendet, nicht als für die danach aufgelisteten Mittel beschränkend interpretiert werden soll, er schließt keine anderen Elemente oder Schritte aus. Er ist somit als das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte oder Komponenten, wie darauf Bezug genommen, spezifizierend zu interpretieren, schließt aber nicht das Vorhandensein oder die Ergänzung eines oder mehrerer anderer Merkmale, einer oder mehrerer anderer ganzer Zahlen, eines oder mehrerer anderer Schritte oder einer oder mehrerer anderer Komponenten oder Gruppen davon aus. Somit sollte der Umfang des Ausdrucks ,eine Einrichtung einschließlich Mittel A und B' nicht auf Einrichtungen beschränkt werden, die nur aus Komponenten A und B bestehen. Er bedeutet, dass in Bezug auf die vorliegende Erfindung nur A und B die relevanten Komponenten der Einrichtung sind.
  • Ein Bezug durchweg durch diese Spezifikation auf ,eine Ausführungsform‘ bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder Charakteristik, das bzw. die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich alle Vorkommnisse der Phrasen ,bei einer Ausführungsform‘ an verschiedenen Stellen durchweg durch diese Spezifikation nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform, können dies aber tun. Des Weiteren können die speziellen Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken auf eine beliebige geeignete Art und Weise, wie einem Durchschnittsfachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich werden würde, in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Gleichermaßen sollte gewürdigt werden, dass in der Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung davon zusammengruppiert sind, um die Offenbarung zu optimieren und beim Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen erfindungsgemäßen Aspekte zu helfen. Dieses Verfahren der Offenbarung soll jedoch nicht als eine Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als ausdrücklich in jedem Anspruch vorgetragen sind. Stattdessen liegen, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, erfindungsgemäße Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzigen vorstehenden offenbarten Ausführungsform. Somit werden die Ansprüche, die der ausführlichen Beschreibung folgen, hiermit ausdrücklich in die ausführliche Beschreibung integriert, wobei jeder Anspruch alleinig als eine separate Ausführungsform dieser Erfindung steht.
  • Des Weiteren sollen, obwohl manche hierin beschriebenen Ausführungsformen manche, aber nicht andere Merkmale beinhalten, die in anderen Ausführungsformen enthalten sind, Kombinationen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen und andere Ausführungsformen bilden, wie durch Fachleute verstanden werden würde. In den folgenden Ansprüchen können zum Beispiel beliebige der beanspruchten Ausführungsformen in einer beliebigen Kombination verwendet werden.
  • In der hierin bereitgestellten Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht ausführlich dargestellt worden, um ein Verständnis dieser Beschreibung nicht undeutlich zu machen.
  • In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Videodatenkommunikationssystem zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Videostroms oder eines dreidimensionalen Videostroms. Wenn in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Bezug auf einen Ultra-High-Definition-Videostrom gemacht wird, wird Bezug auf ein Video genommen, das einen Strom von Ultra-High-Definition-Bildern repräsentiert. Ultra-High-Definition-Bilder werden dadurch als Bilder mit einer Auflösung von mindestens 4 Mal, z. B. 4 Mal oder 8 Mal oder 16 Mal, der Auflösung eines High-Definition-Bildes definiert. High-Definition-Bilder umfassen typischerweise 1080 Zeilen (z. B. nicht mehr als 1080 Zeilen). Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Ultra-High-Definition-Video oder dreidimensionales Video, z. B. stereoskopisches Video, als unabhängige synchronisierte Daten über das Internet übertragen. Die unabhängigen synchronisierten Daten werden als ein normales Video behandelt, wie etwa zum Beispiel als High-Definition-Videoströme.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Videodatenkommunikationssystem ein Eingabemittel zum Empfangen oder Erhalten mehrerer High-Definition-Videoströme, wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert. Das Eingabemittel kann mehrere, z. B. vier, High-Definition-Videoströme direkt von einer externen Quelle empfangen. Alternativ dazu kann das Eingabemittel zum Empfangen eines Ultra-High-Definition-Videostroms oder eines dreidimensionalen Videostroms und zum Teilen von diesem in unterschiedliche unabhängige High-Definition-Ströme eingerichtet sein.
  • Das System umfasst des Weiteren ein paketvermitteltes Netzwerk zum parallelen Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren High-Definition-Videoströme von einem Sender zu einem Empfänger. Beispiele für ein derartiges paketvermitteltes Netzwerk, auch als internetbasierte Übertragungsleitungen bezeichnet, können das Ethernet oder ein Intranet sein.
  • Das System umfasst außerdem ein Empfangsmittel zum Empfangen der unabhängigen mehreren High-Definition-Videoströme nach der Übertragung über die internetbasierte Übertragungsleitung.
  • Das Empfangsmittel kann unterschiedliche HD-Videostrom-Empfänger sein. Das System umfasst des Weiteren einen Video-Genlocker zum Erzeugen eines Taktes für die empfangenen High-Definition-Videoströme und zum Synchronisieren der empfangenen High-Defi n itio n-Videoströme.
  • Das System umfasst des Weiteren ein Kombinierungsmittel zum Kombinieren der synchronisierten empfangenen High-Definition-Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom. Ein derartiges System kann zum Beispiel ein Bildschirm sein.
  • Zur Veranschaulichung ist eine schematische Repräsentation eines Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in 1 dargestellt, wobei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt sind.
  • Bei vorteilhaften Ausführungsformen umfasst das System vorteilhafterweise des Weiteren, für jeden High-Definition-Videostrom eine Übertragungseinheit, die einen Bilderfassungsschaltkreis oder einen Bildrekonstruktionsschaltkreis zum Erfassen oder Rekonstruieren eines Bildframes oder Bildfeldes umfasst, eine Videoverarbeitungseinheit zum Verarbeiten von zumindest einem Teil der High-Definition-Videodaten und eine Kommunikationseinheit zum Senden oder Empfangen von zumindest einem Teil der Daten, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Mindestens zwei des Bilderfassungsschaltkreises oder Bildrekonstruktionsschaltkreises, der Videoverarbeitungseinheit und der Kommunikationseinheit sind zur gleichzeitigen Bearbeitung unterschiedlicher Teile desselben Bildframes eingerichtet, wobei die Teile kein komplettes Bildfeld oder unterschiedliche Teile desselben Bildfeldes der High-Definition-Videodaten sind. Die parallele Verarbeitung kann zum Beispiel unter Verwendung eines Systems, wie in der europäischen Patentanmeldung EP2777257 beschrieben, erhalten werden.
  • Zur Veranschaulichung werden zwei weitere Beispiel beschrieben.
  • 2 stellt in der oberen Zeile ein Stereo- oder 3D-Kamerapaar in HD dar, die in ein Standard-HD-Video, das das linke und rechte Bild umfasst, gemultiplext (MUX) werden. Dies verringert die Auflösung um einen Faktor 2 und kann in Abhängigkeit vom Multiplexen die Signalverarbeitung schwerwiegend komplizieren.
  • In der unteren Zeile werden die linke und rechte Bildeinspeisung unabhängig über das Netzwerk unter Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Auflösung intakt hält und eine beliebige Art von Datenverarbeitung ermöglicht, transportiert. 3 stellt in der oberen Zeile ein UHD-Video-über-IP-Sender-und-Empfänger-Paar dar, das die Daten über das Netzwerk sendet. Der UHD-Video-über-IP-Sender muss in diesem Fall für diese Sache hinsichtlich Codec, Protokollen usw. explizit gestaltet sein. Gegenwärtig existiert keine Implementierung, die ultraniedrige Latenz (weniger als eine Inter-Frameperiode) mit fortgeschrittener Datenreduktion (weniger als ein Gigabit) kombiniert.
  • In der unteren Zeile werden die UHD-Bildeinspeisungen unabhängig über das Netzwerk unter Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung transportiert, die möglicherweise sowohl ultraniedrige Latenz als auch fortgeschrittene Datenreduktion kombiniert. Es ist anzumerken, dass die Teilung (DIV) eines UHD-Videos in vier unabhängige HD-Videos im UHD-Standard unterstützt wird, ähnlich wie für die Kombination von vier HD-Videos in ein UHD-Video (COMB).
  • In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk beschrieben. Das Verfahren umfasst Empfangen oder Erhalten mehrerer High-Definition-Videoströme, wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert. Das Verfahren umfasst außerdem paralleles Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren High-Definition-Videoströme über ein Netzwerk und Empfangen der mehreren High-Definition-Videoströme nach der Übertragung über ein paketvermitteltes Netzwerk. Das Verfahren umfasst ferner Erzeugen eines Taktes für die empfangenen High-Definition-Videoströme und Synchronisieren der empfangenen High-Definition-Videoströme und Kombinieren der synchronisierten empfangenen High-Definition-Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom.
  • Die mehreren High-Definition-Ströme können jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die ein Segment von Ultra-High-Definition-Bildern des Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren.
  • Das Verfahren kann Hinzufügen von Informationen in den Header der mehreren High-Definition-Videoströme umfassen, die eine räumliche Konfiguration des Videostroms bezüglich der anderen Videoströme angeben.
  • Das Erhalten mehrerer Hochauflösungen kann ein Empfangen des Ultra-High-Definition-Videostroms und Teilen des Ultra-High-Definition-Videostroms in mehrere High-Definition-Videoströme umfassen.
  • Das Verfahren kann Erfassen oder Rekonstruieren eines Bildframes oder Bildfeldes, Verarbeiten von zumindest einem Teil der Videodaten und Senden oder Empfangen von zumindest einem Teil der Videodaten umfassen, wobei mindestens zwei des Erfassens oder Rekonstruierens, Verarbeitens und Sendens oder Empfangens gleichzeitig durch eine gleichzeitige Bearbeitung unterschiedlicher Teile desselben Bildframes durchgeführt werden können, wobei die Teile kein komplettes Bildfeld oder unterschiedliche Teile desselben Bildfeldes der High-Definition-Videoströme sind.
  • Weitere standardmäßige und optionale Verfahrensschritte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können der für unterschiedliche Elemente und Merkmale des Videokommunikationssystems, das in dem ersten Aspekt beschrieben wird, beschriebenen Funktionalität entsprechen.
  • In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Menge von Videoströmen, wobei die Videoströme High-Definition-Videoströme sind, die alle ein Segment eines Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren, wobei die High-Definition-Videoströme zusammen den Ultra-High-Definition-Videostrom bilden, wobei die Videoströme einen Header umfassen, wobei der Header Informationen bezüglich der räumlichen Konfiguration der High-Definition-Videoströme bezüglich eines Ultra-High-Definition-Videostroms umfasst.
  • In noch einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie in dem ersten Aspekt beschrieben, in stereoskopischen oder dreidimensionalen Videodaten. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, zum Kombinieren mehrerer High-Definition-Videodateneingaben und zum Bereitstellen mehrerer High-Definition-Videodatenausgaben oder Bereitstellen einer zusammengefügten Datenausgabe. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Videodatenkommunikationssystems, wie oben beschrieben, zum Erhalten eines visuell verzögerungsfreien Transports von Ultra-High-Definition-Videodaten.
  • Die oben beschriebenen Systemausführungsformen zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk können einer Implementierung der Verfahrensausführungsformen zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk als eine computerimplementierte Erfindung in einem Prozessor entsprechen. Eine Konfiguration eines derartigen Prozessors kann zum Beispiel mindestens eine programmierbare Rechenkomponente beinhalten, die mit einem Speicheruntersystem gekoppelt ist, das mindestens eine Form von Speicher beinhaltet, z. B. RAM, ROM und so weiter. Es wird angemerkt, dass die Rechenkomponente oder die Rechenkomponenten eine Allgemein- oder eine Spezial-Rechenkomponente sein können und in einer Einrichtung eingeschlossen werden können, z. B. einem Chip, der andere Komponenten aufweist, die andere Funktionen durchführen. Somit können ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung in einem digitalen elektronischen Schaltkreis oder in Computerhardware, Firmware, Software oder in Kombinationen von diesen implementiert werden. Jeder der Verfahrensschritte kann zum Beispiel ein computerimplementierter Schritt sein. Somit ist ein System, das die Anweisungen zum Implementieren von Aspekten der Verfahren zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk beinhaltet, kein Stand der Technik, obwohl ein Prozessor an sich Stand der Technik ist.
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet somit auch ein Computerprogrammprodukt, das die Funktionalität eines beliebigen der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellt, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird.
  • In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger zum Führen eines Computerprogrammprodukts zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein paketvermitteltes Netzwerk. Ein derartiger Datenträger kann ein darauf greifbar umgesetztes Computerprogrammprodukt umfassen und kann maschinenlesbaren Code zur Ausführung durch einen programmierbaren Prozessor führen. Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Trägermedium, das ein Computerprogrammprodukt führt, das bei Ausführung auf einem Rechenmittel Anweisungen zur Ausführung eines beliebigen der oben beschriebenen Verfahren bereitstellt. Der Ausdruck „Trägermedium“ bezieht sich auf ein beliebiges Medium, das bei der Bereitstellung von Anweisungen einem Prozessor zur Ausführung teilnimmt. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich unter anderem nichtflüchtige Medien und Übertragungsmedien. Nichtflüchtige Medien beinhalten zum Beispiel optische oder magnetische Platten, wie etwa eine Speicherungseinrichtung, die Teil einer Massenspeicherung ist. Übliche Formen für computerlesbare Medien beinhalten eine CD-ROM, eine DVD, eine flexible Platte oder Floppydisk, ein Band, einen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein beliebiges anderes Medium, aus dem ein Computer lesen kann. Verschiedene Formen für computerlesbare Medien können beim Führen einer oder mehrerer Sequenzen eine oder mehrere Anweisungen zu einem Prozessor zur Ausführung eingeschlossen sein. Das Computerprogrammprodukt kann auch über eine Trägerwelle in einem Netzwerk, wie etwa ein LAN, ein WAN oder das Internet, übertragen werden. Übertragungsmedien können die Form von akustischen oder Lichtwellen annehmen, wie etwa jenen, die während Funkwellen- und Infrarotdatenkommunikationen erzeugt werden. Übertragungsmedien beinhalten Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik, einschließlich der Drähte, die einen Bus innerhalb eines Computers umfassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2777257 [0050]

Claims (8)

  1. Videodatenkommunikationssystem zum Übertragen eines Ultra-High-Definition-Video- oder dreidimensionalen Videostroms über ein Ethernet-basiertes IP-Netzwerk, wobei das Videodatenkommunikationssystem Folgendes umfasst: ein Eingabemittel zum Empfangen oder Erhalten mehrerer Videoströme, wobei jeder der Ströme einen Teil des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms repräsentiert, ein Ethernet-basiertes IP-Netzwerk zum parallelen Übertragen von zumindest einem Teil der mehreren Videoströme von einem Sender zu einem Empfänger, wobei das Ethernet-basierte IP-Netzwerk mindestens zwei Kanäle von direkten Verbindungen beinhaltet, wobei jede der direkten Verbindungen eine beschränkte Übertragungsrate aufweist, ein Empfangsmittel zum Empfangen der mehreren Videoströme nach der Übertragung über das Ethernet-basierte IP-Netzwerk, einen Video-Genlocker zum Erzeugen eines Taktes für die empfangenen Videoströme und zum Synchronisieren der empfangenen Videoströme, und ein Kombinierungsmittel zum Kombinieren der synchronisierten empfangenen Videoströme in einen empfangenen Ultra-High-Definition-Videostrom oder dreidimensionalen Videostrom.
  2. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren Videoströme jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die ein Segment von Ultra-High-Definition-Bildern des Ultra-High-Definition-Videostroms repräsentieren.
  3. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren Videoströme jeweils High-Definition-Bilder repräsentieren, die eines der zwei stereoskopischen Bilder des dreidimensionalen Videostroms repräsentieren.
  4. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Eingabemittel ein Mittel zum Empfangen des Ultra-High-Definition-Videostroms oder dreidimensionalen Videostroms und ein Teilungsmittel zum Teilen des Ultra-High-Definition-Videostroms oder des dreidimensionalen Videostroms in mehrere High-Definition-Videoströme, die unabhängig voneinander übertragen werden können, umfasst.
  5. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Eingabemittel zum Empfangen von vier High-Definition-Videoströmen eingerichtet ist, die zusammen eine Ultrahochauflösung bilden.
  6. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei eine Übertragungsrate für Ultra-High-Definition-Videoströme geringer als 1 Gigabit pro Sekunde ist.
  7. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Videodatenkommunikationssystem des Weiteren Folgendes umfasst: für jeden High-Definition-Videostrom, eine Übertragungseinheit, die einen Bilderfassungsschaltkreis oder einen Bildrekonstruktionsschaltkreis zum Erfassen oder Rekonstruieren eines Bildframes oder Bildfeldes umfasst, eine Videoverarbeitungseinheit zum Verarbeiten von zumindest einem Teil der High-Definition-Videodaten und eine Kommunikationseinheit zum Senden oder Empfangen von zumindest einem Teil der Daten, wobei mindestens zwei des Bilderfassungsschaltkreises oder des Bildrekonstruktionsschaltkreises, der Videoverarbeitungseinheit und der Kommunikationseinheit zur gleichzeitigen Bearbeitung unterschiedlicher Teile desselben Bildframes eingerichtet sind, wobei die Teile kein komplettes Bildfeld sind oder die Teile unterschiedliche Teile desselben Bildfeldes der High-Definition-Videodaten sind.
  8. Videodatenkommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei die Latenz für den Ultra-High-Definition-Videostrom geringer als eine Inter-Frameperiode im Videostrom ist.
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