ES2812178T3

ES2812178T3 - Método y aparato para transmitir vídeo por medio de canal de múltiple entrada múltiple salida

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Publication number: ES2812178T3
Application number: ES17848177T
Authority: ES
Inventors: Shidong Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: CN109792438B; US10630936B2; JP6854495B2; WO2018046004A1; EP3512173B1; CN109792438A; EP3512173A1; EP3512173A4; US20190208164A1; JP2019537393A

Abstract

Un método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), que comprende: etapa de decorrelación (510): decorrelacionar un vídeo de origen para generar coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada mediante codificación predictiva de vídeo y transformada multidimensional; etapa de mapeo (520): mapear los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada en uno o una pluralidad de flujos de transmisión en paralelo mediante clasificación optimizada de subportadora o subcanal; etapa de modulación (530): modular los flujos de transmisión en paralelo en una pluralidad de señales de salida de transmisión mediante normalización lineal y modulación casi continua; y etapa de transmisión (540): transmitir las señales de salida de transmisión en paralelo en un canal de MIMO a través de una pluralidad de antenas o controladores de cable.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para transmitir vídeo por medio de canal de múltiple entrada múltiple salida

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la transmisión de vídeo para sistemas de vigilancia por vídeo, sistemas de difusión, sistemas de visión artificial, sistemas de realidad virtual, sistemas de realidad aumentada y otros sistemas basados en vídeo.

Antecedentes

La transmisión vídeo es un componente y función fundamentales en muchos sistemas y aplicaciones. En un sistema de vigilancia por vídeo típico, múltiples cámaras se conectan con un grabador de vídeo a través de una red de cable. Cada cámara transmite al menos un vídeo al grabador de vídeo a través del canal de conexión. El grabador de vídeo a menudo visualiza los vídeos de cámara de forma instantánea para supervisar las escenas en directo en el campo de visión de las cámaras, graba los vídeos de cámara y reproduce las grabaciones. En una aplicación de visión artificial, tal como un vehículo autónomo basado en visión artificial, una, un par de o más cámaras se instalan y cada una transmite un vídeo en directo al procesador de vídeo artificial, que combina los videos en directo y genera visiones artificiales bidimensionales (2D), tridimensionales (3D) o envolventes del campo en directo.

Históricamente, el sistema de transmisión de vídeo comenzó en transmisión analógica sin compresión. El sistema de vigilancia por vídeo de CCTV (TV de circuito cerrado) adapta la transmisión de señales de CVBS (banda base de vídeo compuesto con sincronización) a través de cable coaxial, y se convierte en un sistema de transmisión de vídeo analógico por cable desplegado por todo el mundo. La transmisión analógica adopta modulación analógica para transportar el vídeo de origen analógico, que es una señal tridimensional con muestra discreta vertical y temporalmente, continua horizontalmente y con valor continuo. Mediante el método de exploración por trama, el vídeo de origen se convierte en una señal de transmisión analógica, que son señales analógicas unidimensionales de tiempo continuo y con valor continuo, tales como CVBS, para diversas transmisiones.

Ya que las tecnologías digitales avanzan enormemente, las transmisiones de vídeo sin compresión y comprimidas digitalmente han sustituido o están sustituyendo rápidamente la transmisión de vídeo analógico sin compresión en muchas aplicaciones. En un sistema de vigilancia por vídeo comprimido de IP (Protocolo de Internet) en HD típico, la cámara IP de megapíxeles emplea una tecnología de compresión de vídeo digital pesada, tal como H.264, para comprimir el vídeo de origen en HD digital a datos digitales a una tasa de bits habitualmente de aproximadamente 10 Mb/s o inferior. Los datos digitales del vídeo en HD comprimido se envuelven en paquetes de IP y transportan por modulación digital multinivel por cable de Ethernet al grabador de vídeo de red. La transmisión de vídeo en HD por IP en cable de Ethernet tiene desventajas bien conocidas. Primero, la distancia de transmisión está limitada a 100 metros. Segundo, la compresión pesada provoca la pérdida de calidad de imagen. Tercero, la gran latencia y el retardo variable de los fotogramas de vídeo transportados por IP provocan la pérdida de inmediatez y fluidez. Cuarto, la complejidad de la tecnología de IP aumenta el coste de instalación, operación y mantenimiento.

Muchas aplicaciones de alto nivel, que requieren alta calidad de vídeo con cero o caso cero latencia, adaptan el método de transmisión de vídeo digital sin compresión. En un sistema de vigilancia por vídeo de HDCCTV (TV de circuito cerrado de alta definición), la cámara de HD-SDI transmite el vídeo en HD de grado profesional de alta calidad y sin compresión digital bit a bit con modulación digital de dos niveles por cable coaxial. Sin embargo debido a su alta tasa de bits y modulación no óptima, la transmisión de HD-SDI también está limitada habitualmente a aproximadamente 100 metros por cable coaxial.

En general, la transmisión de vídeo digital expresa el vídeo de origen digital, que es una señal tridimensional con muestra discreta temporal, vertical y horizontalmente y con valor discreto, ya sea comprimida o sin compresión, en datos digitales, y adopta comunicación digital para transportar los datos digitales en la señal de transmisión digital de tiempo discreto y con valor discreto mediante diversos métodos de modulación digital. Las cámaras de IP con interfaz de Ethernet rápida en modo de TC de base 100 transportan los datos digitales a través de una señal de impulsos con un conjunto de 3 niveles de tensión discretos. Otras con interfaz de Ethernet de Gigabit en modo de TC de base 1000 transportan datos digitales a través de señal de impulsos con un conjunto de 5 niveles de tensión discretos. Las cámaras de HD-SDI transmiten todos los datos digitales de vídeo de origen digital sin compresión a través de una señal de impulsos binaria con un conjunto de 2 niveles de tensión discretos. Los valores discretos, tales como los niveles de tensión discretos, que transportan los datos digitales en modulación digital, se llaman constelaciones. El receptor digital necesita tomar decisiones sobre qué valores discretos se transmiten basándose en la señal recibida que habitualmente está alterada por ruido e interferencia. Normalmente a medida que la distancia de transmisión aumenta hasta una cierta longitud, el error de decisión y, por lo tanto, el error de bit digital aumentan rápidamente, y el receptor calidad de vídeo se deteriora rápidamente y se vuelve inutilizable. Este se llama el efecto de acantilado digital. La transmisión de vídeo digital sufre inherentemente del efecto de acantilado digital. Al contrario, la transmisión de vídeo analógico adopta la modulación analógica, que genera una señal de transmisión de tiempo continuo y con valor continuo sin constelaciones y, por lo tanto, se degrada de forma fluida y gradual son tal efecto de acantilado ya que tales decisiones no se toman en el extremo de receptor. Esto se llama degradación gradual.

En una búsqueda de un método de transmisión con distancia larga y rentable, se ha recuperado la transmisión analógica sin compresión de vídeo en HD. El último método inventado divulgado en las patentes [1] [2] adopta la transmisión de vídeo compuesto analógico en HD, denominado como HD-CVI. Similar a la señal de CVBS (Sincronización de Supresión de Vídeo Compuesto), la instantánea de luminancia se convierte a señal de luma con exploración por trama, que se transmite, a continuación, en banda base; las dos instantáneas de crominancia se convierten en dos señales croma con exploración por trama, que se modulan en una señal de QAM (Modulación por Amplitud en Cuadratura) y transmiten en banda de paso. A diferencia de CVBS, la señal croma de banda de paso se ubica en una banda de frecuencia más alta de modo que no se solapa con la señal de luma de banda base en dominio de frecuencia. HD-CVI puede transportar el vídeo compuesto analógico en HD a través de cable coaxial durante 300 a 500 metros. Debido a la naturaleza de transmisión de vídeo analógico, HD-CVI penetra el cable con calidad de vídeo degradada gradualmente.

Sin embargo, los métodos de transmisión analógica sin compresión no son capaces de aprovecharse de las tecnologías de procesamiento digital avanzadas y, por lo tanto, el rendimiento se limita mucho. Primero, se reconoce bien que el vídeo de origen tiene una correlación y redundancia espaciales y temporales fuertes. Ya que el método de HD-CVI convierte directamente la señal de imagen espacial bidimensional en señal temporal unidimensional mediante métodos de exploración por trama, la correlación y redundancia no se explotan para mejorar la calidad de vídeo de transmisión. Como contraste, se han establecido diversas tecnologías de compresión de imagen digital, incluyendo JPEG, JPEG 200, codificación intra fotograma H.264, etc. para explotar la correlación y redundancia espacial y obtener la imagen reconstruida de relativamente alta calidad en un número fraccional de bits en comparación con la imagen sin compresión. Segundo, la comunicación moderna ha desarrollado tecnología de modulación de alta eficiencia tal como OFDM (Multiplexación por División Ortogonal de Frecuencia) para combatir mejor contra la alteración de canal. No se adopta en métodos de transmisión analógica.

En la actualidad, ya que se adoptan los sistemas de vídeo a ultra alta definición y sistemas de visión inmersiva o de visión artificial, las aplicaciones de alto nivel se mueven desde alta definición a ultra alta definición, desde una tasa de fotogramas de 30 Hz hasta 60 o mayor, y desde vídeo 2D convencional a vista inmersiva de 180 o 360 grados de vídeo 3D o envolvente. La tasa de datos sin compresión de estos vídeos se multiplica. Sin la explotación de la redundancia del vídeo de origen, los métodos de transmisión de vídeo sin compresión existentes o bien son incapaces de transportar estos nuevos vídeos exigentes, o bien la distancia de transmisión se limita prohibitivamente.

Además, un sistema de visión artificial de misión crítica en condiciones de trabajo extremas puede no tolerar una pérdida repentina de vídeo debido al efecto de acantilado digital; en su lugar, puede requerir una alta fiabilidad de degradación fluida. Por ejemplo, el vehículo autónomo basado en visión artificial requiere la transmisión de vídeo fiable en condiciones de trabajo extremas. El vehículo autónomo que adopta transmisión de vídeo digital está sujeto a una pérdida repentina y completa de su visión artificial, es decir, se queda ciego, que puede provocar un fallo fatal, si la transmisión de vídeo digital falla en condiciones de trabajo extremas debido a su efecto de acantilado digital intrínseco. Al contrario, el método de transmisión de vídeo con degradación gradual puede continuar proporcionando la visión artificial degradada fluidamente, que permite que el vehículo autónomo permanezca en un estado de trabajo de emergencia, tal como conducirse a sí mismo de forma segura fuera del tráfico.

Por lo tanto, existe una necesidad de nuevos métodos para transmitir videos para sistemas y aplicaciones de alto nivel, que son capaces de explotar la correlación y redundancia de vídeo de origen así como modulación de alta eficiencia para conseguir alta calidad de vídeo y degradación gradual en distancias de transmisión largas.

Sumario de la invención

La invención se define en las reivindicaciones 1 a 23. La presente invención presenta métodos para transmitir vídeo en dominio de transformada con modulación casi continua a través de canales de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), que comprende las siguientes etapas: decorrelacionar el vídeo de origen para generar los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada mediante codificación predictiva de vídeo y transformada multidimensional (denominada como etapa de decorrelación); mapear los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada en uno o múltiples flujos de transmisión en paralelo (denominada como etapa de mapeo); modular los flujos de transmisión en múltiples señales de salida de transmisión en paralelo mediante normalización lineal y modulación casi continua (denominada como etapa de modulación); y transmitir las señales de salida de transmisión en canales de MIMO en paralelo (denominada como etapa de transmisión).

La presente invención incluye la codificación predictiva de vídeo como un método efectivo para explotar la redundancia de vídeo. Para cada píxel de un vídeo, se determinan uno o múltiples píxeles de referencia altamente correlacionados. A continuación, se genera una predicción de píxel comúnmente a partir de una combinación ponderada de los píxeles de referencia, y la predicción de píxel se resta del píxel original para generar un píxel residual. La predicción intra fotograma genera predicciones de píxel a partir de píxeles de referencia en el mismo fotograma de vídeo únicamente mientras la predicción inter fotograma genera predicciones de píxel a partir de píxeles de referencia en fotogramas de vídeo pasados y futuros. Dado el orden de pixel en la exploración por trama convencional (que convierte la señal de vídeo de dominio de espacio-tiempo tridimensional en una señal de dominio de tiempo unidimensional mediante un proceso de exploración de fotograma por fotograma, línea por línea y de izquierda a derecha), la predicción de vídeo causal genera predicciones de píxel a partir de píxeles de referencia en píxeles anteriores en orden de exploración por trama únicamente mientras la predicción no causal genera predicciones de píxel a partir de píxeles de referencia en píxeles anteriores y posteriores en orden de exploración por trama. Un vídeo 3D incluye un vídeo de ojo izquierdo y de ojo derecho, que están fuertemente correlacionados. La predicción de vídeo inter ojo puede generar predicciones de píxeles a vídeo de un solo ojo a partir del otro vídeo de ojo. La codificación predictiva de vídeo de la presente invención incluye, pero sin limitación, cualquier combinación de método de predicción inter fotograma, predicción inter fotograma, predicción causal, predicción no causal y predicción inter ojo. Si la predicción de píxel se establece a cero, el píxel residual es el mismo que el píxel de origen y no se aplica codificación predictiva de vídeo de forma efectiva. Sin embargo, para propósito de brevedad, esto se incluye como una realización de codificación predictiva de vídeo en la siguiente descripción.

La transformada multidimensional de la presente invención incluye, pero sin limitación, 2D-DCT (Transformada de Coseno Discreta bidimensional), 3D-DCT (Transformada de Coseno Discreta tridimensional), 2D-DFT (Transformada de Fourier Discreta bidimensional), 3D-DFT (Transformada de Fourier Discreta tridimensional), 2D-DWHT (Transformada de Walsh-Hadamard discreta bidimensional), 3D-DWHT (Transformada de Walsh-Hadamard discreta tridimensional), 2D-DWT (Transformada de Ondícula Discreta bidimensional) y 3D-DWT (Transformada de Ondícula Discreta tridimensional).

Puede intercambiarse el orden de la codificación predictiva de vídeo y la transformada multidimensional en la etapa de decorrelación. En una realización de la presente invención, la codificación predictiva de vídeo se aplica antes de la transformada multidimensional. La codificación predictiva de vídeo se aplica al vídeo de origen en dominio de espaciotiempo para generar el vídeo residual también en dominio de espacio-tiempo. A continuación, el vídeo residual en dominio de espacio-tiempo se transforma en coeficientes de vídeo residuales en un dominio de transformada mediante la transformada multidimensional. En otra realización de la presente invención, la transformada multidimensional se aplica antes de la codificación predictiva de vídeo. Por consiguiente, la transformada multidimensional se aplica al vídeo de origen, y transforma el vídeo de origen en coeficientes de vídeo en un dominio de transformada. A continuación, se aplica un método de codificación predictiva de vídeo en dominio de transformada para convertir los coeficientes de vídeo en los coeficientes de vídeo residuales.

La modulación casi continua de la presente invención, que usa una señal digital casi continua como la señal a modular, incluye, pero sin limitación, OFMDa (Acceso Múltiple por División Ortogonal de Frecuencia) casi continuo y CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) casi continuo.

En una realización de la presente invención, se adopta 2D-DCT como la transformada multidimensional y se adopta modulación de OFDMA. En el transmisor de vídeo, la imagen en cada fotograma de vídeo se transforma mediante 2d-DCT. Los coeficientes de DCT obtenidos se mapean en los contenedores de frecuencia de símbolos de OFDM. Los símbolos de OFDM se transforman en dominio de tiempo, habitualmente mediante IFFT (FFT inversa) y se extiende cíclicamente con CP (prefijo cíclico) o CS (sufijo cíclico) o ambos. Los símbolos de OFDM de dominio de tiempo obtenidos se transmiten en canales de MIMO por un transmisor de múltiple salida. Este método se denomina como el método de transmisión de DCT-OFDMA.

Teóricamente, los valores de los coeficientes de DCT en el método de transmisión de DCT-OFDMA puede variar continuamente dependiendo de la señal de imagen. Cuando se adopta el método de transmisión de Dc T-OFDMA para transportar el vídeo de origen tridimensional con muestra discreta espacial y temporalmente pero con valor continuo, denominado como vídeo de muestreo, el método de DCT-OFDMA produce coeficientes de DCT con valor continuo. Por lo tanto, después de que estos coeficientes de DCT con valor continuo se mapean a contenedores de frecuencia de símbolos de OFDM, al contrario que la modulación de OFDM digital normal, los valores de tales contenedores de frecuencia de OFDM también pueden variar continuamente, sin constelaciones de ninguna forma. Tales contenedores de frecuencia de OFDM se denominan como los contenedores de frecuencia de OFDM continuos. Tal método de modulación de OFDM en el método de transmisión de DCT-OFDMA se denomina como la modulación de OFDM continua. En dominio de tiempo, la modulación de OFDM continua produce señales de salida de transmisión de tiempo discreto pero con valor continuo. Cuando el vídeo de muestreo cumple con el requisito de teorema de muestreo de Nyquist, el vídeo analógico original antes del muestreo puede reconstruirse a partir del vídeo de muestreo sin ninguna distorsión. Por lo tanto, sin ninguna pérdida de compresión, el método de d CT-OFDMA sin compresión en modulación con valor continuo es equivalente a un nuevo método de transmisión de vídeo analógico, y puede denominarse como la implementación de tiempo discreto del respectivo nuevo método de transmisión analógica.

Prácticamente, el método de DCT-OFDMA se adopta habitualmente para transportar vídeo de origen digital. Cuando el vídeo de muestreo se convierte en el vídeo digital, el valor de píxel continuo se cuantifica habitualmente con precisión alta, y el valor de píxel digital es la aproximada digital del valor continuo y varía casi continuamente en cierto sentido de ingeniería aunque matemáticamente discretamente. Por ejemplo, el vídeo digital de alta precisión puede ser visualmente indistinguible del vídeo analógico original de origen si el suelo de ruido de cuantificación está por debajo del umbral visual humano. Para otro ejemplo, el vídeo digital alcanza un rendimiento cercano o casi idéntico que el vídeo analógico original después de la transmisión cuando el suelo de ruido de cuantificación está cerca o por debajo del suelo de ruido de receptor. La señal digital con valor casi continuo que es la aproximada digital de una señal con valor continuo se denomina como señal digital con valor casi continuo, o señal digital casi continua. Además, puede producirse un valor casi continuo mediante el cálculo que implica uno o múltiples valores casi continuos. Por consiguiente, cuando el píxel digital es con valor casi continuo, el método de DCT-OFDMA produce coeficientes de DCT con valor casi continuo, y adicionalmente contenedores de frecuencia con valor casi continuo en símbolo de OFDDM. Tal modulación de OFDM se denomina como modulación de OFDM casi continua. En dominio de tiempo, modulación de OFDM casi continua produce señal de transmisión de tiempo discreto pero con valor casi continuo. Si no se adopta ninguna compresión, el método de DCT-OFDMA sin compresión en modulación con valor casi continuo es equivalente a la nueva transmisión de vídeo analógico con ruido de cuantificación, y puede denominarse como la implementación de aproximada digital de la respectiva nueva transmisión analógica con número limitado de precisión de bits. Sin embargo para el propósito de brevedad, la siguiente descripción no diferencia estrictamente modulación con valor continuo o casi continuo, y puede divulgar el método de la presente invención en modulación con valor casi continuo únicamente.

La modulación de OFDM casi continua es diferente de la modulación de OFDM digital convencional, cuyos contenedores de frecuencia, denominados como contenedores de frecuencia de OFDM digitales, se usan para transportar los bits de datos digitales con constelaciones. En contraste a un contenedor de frecuencia de OFDM casi continua, un contenedor de OFDM digital es exactamente con valor discreto sin ninguna aproximación ya que el valor discreto exacto se selecciona de las constelaciones digitales. En un sistema práctico, la modulación casi continua a menudo prefiere alta precisión y un conjunto enorme de valores discretos para aproximar mejor la modulación continua mientras la modulación digital a menudo se limita a un conjunto pequeño de valores discretos para mantener la tasa de errores de decisión baja o casi cero. Por ejemplo, cuando el coeficiente de DCT digital se aproxima por 12 bits y un par de coeficientes de DCT se mapean en un contenedor de frecuencia de OFDM compleja, el contenedor de frecuencia de OFDM compleja casi continua puede tener un conjunto de 16 millones de valores discretos. Al contrario, un contenedor de frecuencia de OFDM digital con modulación QPSK (Modulación por Desplazamiento de Fase Cuaternaria) digital tiene un conjunto de únicamente 4 valores discretos.

De manera similar, en otra realización de la presente invención, en el transmisor de vídeo la imagen de cada fotograma de vídeo se transforma mediante 2D-DCT (Transformada de Coseno Discreta bidimensional) espacial. Los coeficientes de DCT obtenidos se asignan a los diferentes códigos de ensanchamiento o secuencias de ensanchamiento de acuerdo con la modulación de CDMA, y modulan las secuencias de ensanchamiento asignadas mediante la multiplicación aritmética de coeficientes de DCT con sus secuencias de ensanchamiento respectivamente. Todas las secuencias moduladas se suman juntas y la señal de CDMA combinada se transmite en dominio de tiempo en los canales de MIMO. Este método se denomina como el método de transmisión de DCT-CDMA. De manera similar, en teoría, los valores de los coeficientes de DCT en el método de transmisión de DCT-CDMA pueden variar continuamente dependiendo de la señal de vídeo. Cuando el método de DCT-CDMA se adopta para transportar el vídeo de muestreo, el método produce coeficientes de DCT con valor continuo. Después de la asignación, al contrario que la modulación de CDMA digital normal, el valor de señal de banda base (señal a ensanchar) a multiplicar con las secuencias de ensanchamiento, y la amplitud de las secuencias moduladas después de las multiplicaciones en el método de transmisión de DCT-OFDMA, también puede variar continuamente, sin constelaciones de ninguna forma. Estas secuencias de ensanchamiento se denominan como las secuencias de ensanchamiento de CDMA continuas. Tal método de modulación de CDMA en el método de transmisión de DCT-CDMA se denomina como la modulación de CDMA continua. Prácticamente, cuando se adopta el método de transmisión de DCT-CDMA para transportar vídeo de origen digital, genera coeficientes de DCT con valor casi continuo, y la señal de salida de transmisión de tiempo discreto pero con valor casi continuo. Tal modulación de CDMA con señal de banda base con valor casi continuo o señal a ensanchar se denomina como la modulación de CDMA casi continua.

Para el propósito de brevedad, la modulación de OFDMA casi continua se usa como un ejemplo para divulgar la presente invención en la siguiente descripción. Las variaciones que emplean CDMA casi continuo u otros métodos de modulación pueden derivarse dentro del alcance la presente invención.

Los canales de MIMO de la presente invención incluyen pero sin limitación canales inalámbricos de múltiples antenas y canales de cable de múltiples pares. Un canal inalámbrico de múltiples antenas tiene ntx antenas transmisoras y nrx antenas receptoras, indicadas por canal de MIMO ntxxn,x, en el que ntx y nrx son números enteros positivos. Cuando ntx y nrx son 1, es de hecho el canal de una entrada una salida convencional, llamado canal de SlSO. Cuando ntx es 1 y nrx es mayor de 1, es de hecho el canal de una entrada múltiples salidas, llamado canal de SIMO. Sin embargo, se ha de observar que SISO y SIMO están todos incluidos en canales de MIMO en la presente invención en la siguiente descripción. Un canal de cable de múltiples pares incluye, pero sin limitación, un cable de Ethernet Cat5e, cable de Ethernet Cat6 y cable coaxial agregado. El cable de Ethernet Cat5e/6 tiene 4 pares separados de alambres de UTP en el cable. Cuando los 4 pares se accionan activamente y reciben, el cable se convierte en un canal de MIMO de 4x4.

En el lado del transmisor, la etapa de mapeo de la presente invención mapea los coeficientes de transformación residuales en mtx diferentes flujos de transmisión, en la que mtx es un número entero positivo y es igual a o menor que ntx. Cuando mtx es menor que ntx, por ejemplo, 2 flujos de transmisión y 4 señales de salida de transmisión, la etapa de modulación incluye la codificación de dominio de tiempo o codificación de dominio de espacio-tiempo para codificar los 2 flujos de transmisión en 4 señales de salida de transmisión, que se envían a 4 antenas inalámbricas o controladores de línea.

La normalización de la presente invención escala cada segmento de cada señal de salida de transmisión mediante un número constante elegido según ciertos criterios. En la realización del método de DCT-OFDMA, un segmento de una señal de salida de transmisión incluye uno o múltiples símbolos de OFDM. En la realización del método de DCT-CDMA, un segmento de una señal de salida de transmisión incluye una o múltiples palabras de ensanchamiento de CDMA. El escalado es lineal y el número se llama factor de escala. El factor de escalado puede variar, y a menudo varia, entre diferentes segmentos de cada señal de salida de transmisión. El factor de escalado puede o no variar entre segmentos de diferentes señales de salida de transmisión en el mismo intervalo de tiempo. En una realización de la presente invención, cada segmento de diferentes señales de salida de transmisión se normaliza de forma separada. Por ejemplo, cuando se generan 4 señales de salida de transmisión mediante la etapa de modulación para accionar un canal de MIMO de 4x4, se generan en paralelo 4 símbolos de OFDM durante cada intervalo de tiempo de símbolo de OFDM, cada símbolo se normaliza de forma separada por su propio factor de escala. En otra realización de la presente invención, los segmentos de todas las señales de salida de transmisión en el mismo intervalo de tiempo se normalizan juntos. Por ejemplo, cuando se generan 4 señales de salida de transmisión mediante la etapa de modulación para accionar un canal de MIMO de 4x4, se generan en paralelo 4 símbolos de OFDM durante cada intervalo de tiempo de segmento, pero estos 4 símbolos de OFDM se normalizan juntos por el mismo factor de escala. Además, ya que la normalización es escalado lineal, en una realización de presente invención, se aplica a los segmentos de transmisión a modular antes de la modulación, por ejemplo en dominio de frecuencia antes de IFFT en modulación de OFDM casi continua. En otra realización de la presente invención, se aplica a segmentos de transmisión modulados después de modulación, por ejemplo en dominio de tiempo después de IFFT en modulación de OFDM casi continua. Los factores de escalado se incluyen en metadatos además de los coeficientes de vídeo, y se transmiten mediante o bien modulación casi continua o bien modulación digital convencional.

La etapa de mapeo de la presente invención adopta diversos métodos de mapeo de valores para convertir los coeficientes de transformación residuales de dominio de transformada en flujos de transmisión, incluyendo, pero sin limitación, a mapeo de uno a uno y mapeo de múltiples a uno. En una realización de la presente invención que adopta DCT-OFDMA, el mapeo de uno a uno toma un par de coeficientes de DCT casi continuos a y b, y genera un valor completo a+jb, y asigna el mismo a un contenedor de frecuencia de OFDM, en el que j es la raíz cuadrada de -1. Se mapea un coeficiente de DCT en una parte real o imaginaria de un contenedor de OFDM complejo. En otra realización de la presente invención que adopta DCT-OFDMA, el mapeo de múltiples a uno toma múltiples pares de coeficientes de DCT casi continuos, tal como 2 pares, a y b, c y d, y genera un contenedor de frecuencia de OFDM compleja (a+bM)+j(c+dM), en el que j es la raíz cuadrada de -1, y M es una cierta constante elegida según criterios específicos. En el receptor de la presente invención, a y b pueden separarse mediante una operación de módulo M de la parte real, igualmente pueden hacerlo c y d de la parte imaginaria.

La etapa de mapeo de la presente invención adopta diversos órdenes de mapeo para mapear los coeficientes de DCT residuales de dominio de transformada en bloques de transformación en los segmentos de señal a modular de los flujos de transmisión. En una realización de la presente invención que adopta DCT-OFDMA, los coeficientes de DCT residuales en cada bloque de transformación se exploran en zigzag y ordenan en una matriz de coeficientes de bloque unidimensional. Cada bloque de transformación se explora en su propia matriz de coeficientes de bloque. En una realización, supóngase que cada 2*mtx bloques de transformación se mapean en mtx flujos de transmisión, es decir un par de bloques de transformación se mapean en 1 flujo de transmisión, en el que mtx es el número de flujos de transmisión y es un entero positivo. En mapeo de valor de uno a uno, comenzando en el índice más bajo, se toman un par de coeficientes de DCT de un par de matrices de coeficientes de bloque (cada una explorada de un bloque de transformación) en el mismo índice, y se forma y asigna un valor complejo a un flujo de transmisión en la subportadora de OFDM no asignada con frecuencia temporal más baja. Esto se denomina como el mapeo de menor a menor. Esta realización requiere un número entero de bloques de transformación a mapear en un símbolo de OFDM. En otra realización, todas las matrices de coeficientes de bloque se intercalan juntas para formar una matriz de coeficientes de región, que tiene que mapearse en mtx segmentos de flujos de transmisión, es decir mtx símbolos de OFDM en paralelo. En mapeo de valor de uno a uno, se toman un par de coeficientes de la matriz de coeficientes de región en el índice más bajo, se forma y asigna un número complejo a la subportadora de OFDM no asignada de un flujo de transmisión con frecuencia temporal más baja. A continuación, el índice más bajo se mueve a un siguiente par de coeficientes en la matriz de coeficientes de región hasta que se mapean todos los coeficientes. Esto también se denomina como el mapeo de menor a menor. Sin embargo, esta realización no requiere un número entero de bloques de transformación a mapear en un símbolo de OFDM.

En general, una señal de vídeo tiene una correlación fuerte. Después de codificación predictiva de vídeo, la señal de vídeo residual aún está correlacionada aunque con menos fuerza. Por consiguiente, los coeficientes de DCT residuales en un bloque de transformación no son blancos. El coeficiente de CC normalmente es más fuerte que los de CA, y los coeficientes de CA de frecuencia más baja normalmente son más fuertes que los de frecuencia más alta. Una exploración en zigzag normalmente explora primero el coeficiente de CC, seguido, a continuación, por los de frecuencia espacial baja y los de frecuencia espacial alta. Por lo tanto, una matriz de coeficientes de DCT unidimensional tiene aproximadamente una magnitud decreciente estadísticamente. En vídeo transmitido a través de un canal de un solo cable, por ejemplo un cable coaxial, o un canal de cable de MIMO con diafonía débil, por ejemplo un cable de Cat5e/6 de 4x4, la atenuación en frecuencias más bajas es menor que en las más altas. El mapeo de menor a menor tiende a transportar el coeficiente de DCT residual más fuerte a través de las mejores subportadoras a través de canales de cable. Esto habitualmente produce un alto rendimiento.

En otra realización de la presente invención que adopta DCT-OFDMA, los coeficientes de DCT residuales en cada bloque de transformación aún se exploran en zigzag y ordenan en una matriz de coeficientes de DCT unidimensional, y múltiples matrices de coeficientes de bloque se intercalan juntas para formar una matriz de coeficientes de región. Sin embargo, la matriz de canal de MIMO en cada subportadora en dominio de frecuencia se obtiene o bien explícita o bien implícitamente en el lado del transmisor desde el lado del receptor, y se obtienen valores singulares mediante SVD (descomposición en valores singulares) de la matriz de canal en cada subportadora en dominio de frecuencia. Cada valor singular representa un subcanal independiente, denominado como un subcanal singular. Todos los subcanales singulares se ordenan de tal manera que sus respectivos valores singulares forman una matriz unidimensional con orden descendente, es decir, el mayor valor singular en el índice más bajo. En mapeo de uno a uno, comenzando en el índice más bajo, se toman un par de coeficientes de DCT de la matriz de coeficientes de región en el índice más bajo, y se forma y asigna un valor complejo al subcanal singular no asignado con índice más bajo. A continuación, el índice más bajo en la matriz de coeficientes de región se mueve a un siguiente par de coeficientes hasta que se mapean todos los coeficientes. Esto se denomina como mapeo de menor a mayor.

En transmisión de vídeo en un canal de MIMO inalámbrico, la atenuación de canal sobre frecuencia puede fluctuar arbitrariamente (aunque con cierta restricción física), puede no aumentar monótonamente como sí hace en canales de cable. El mapeo de menor a mayor tiende a transportar el coeficiente de DCT residual más fuerte a través del mejor subcanal singular. Esto habitualmente produce un alto rendimiento.

Existen diversas variaciones al mapeo de menor a menor y menor a mayor. En una realización de DCT-OFDMA, se definen múltiples órdenes de exploración en zigzag. Basándose en el patrón de magnitud de bloques de transformación y con ciertos criterios, se elige un orden de exploración en zigzag específico para explorar un bloque de coeficientes de DCT en una matriz unidimensional. Puede elegirse diferentes órdenes de exploración en zigzag para diferentes bloques de coeficientes de DCT. La información de elección de orden de exploración se incluye en la transmisión como metadatos y se transporta habitualmente mediante modulación digital.

Los métodos de la presente invención pueden incluir adicionalmente comprimir el espectro estableciendo a cero los coeficientes de DCT residuales cuyas magnitudes están por debajo de cierto umbral. Estos coeficientes de DCT establecidos a cero se saltan en la etapa de mapeo, y se excluyen de la transmisión. Por lo tanto, se transmiten menos coeficientes de DCT y las señales de salida de transmisión tienen un espectro más estrecho. Cuando el índice de los coeficientes de DCT establecidos a cero no es fijo, la información de índice de coeficientes establecidos a cero también se incluye en metadatos, y se transmite habitualmente mediante modulación digital convencional.

Los métodos de la presente invención pueden incluir adicionalmente ensanchamiento del espectro. Esto puede mejorar el rendimiento de vídeo. En una realización de DCT-OFDMA, los contenedores de frecuencia generados por la etapa de mapeo llevan a cabo una modulación de CDMA en dominio de frecuencia. El número de subportadoras que ocupa una secuencia de ensanchamiento de dominio de frecuencia es mayor que el número de contenedores de frecuencia generados mediante el mapeo. Por lo tanto, el espectro después del ensanchamiento se vuelve más ancho. A continuación, una palabra modulada de CDMA se pasa a la etapa de modulación y transmite.

La invención previa del documento US2007098063A1, titulada Apparatus and Method for Uncompressed, Wireless Transmission of Video [3], divulga métodos para transmitir vídeo en dominio de transformada de DCT con modulación de OFDM. Sin embargo, los métodos de DCT-OFDMA de la presente invención son sustancialmente diferentes de la anterior invención del documento US2007098063A1 en:

a) Uso o no tanto de modulación digital como casi continua simultáneamente para transportar el mismo coeficiente de DCT. El documento US2007098063A1 usa tanto modulación digital como casi continua simultáneamente para transportar el mismo coeficiente de DCT de vídeo. Los coeficientes de DCT se dividen en dos conjuntos. El 1er conjunto incluye los coeficientes de CC y frecuencia espacial baja, que habitualmente determinan calidad de vídeo principal. El 2° conjunto incluye el resto de coeficientes de frecuencia espacial alta, que determina detalles de vídeo. El 1er conjunto se cuantifica digitalmente, descompone en bits digitales y transporta mediante contenedores de OFDM digitales. El 2° conjunto se cuantifica de forma equivalente a 0 y no se transmite en modulación digital. Esta parte es la transmisión de vídeo digital con pérdidas. Simultáneamente, los valores de error de cuantificación del 1er conjunto se asignan a contenedores de OFDM casi continuos para "parchear" la transmisión digital de forma que la transmisión combinada se vuelve sin pérdidas. Se ha de observar que todos los coeficientes de DCT en el 1er conjunto se transmiten tanto en modulación digital como modulación casi continua simultáneamente. Ya que el documento US2007098063A1 transmite los coeficientes de DCT digitalmente cuantificados de una señal de vídeo en modulación digital, se somete a efecto de acantilado digital de la misma forma que otras transmisiones digitales, y no proporciona la degradación gradual necesaria, al contrario, los métodos de la presente invención no usan tanto modulación digital como casi continua simultáneamente para transportar el mismo coeficiente de DCT. En una realización de transmisión de vídeo sin pérdidas sin compresión, todos los valores de todos los coeficientes de DCT se transportan por contenedores de OFDM casi continuos, ni con ninguna cuantificación digital ni con contenedores de OFDM digitales. Esto elimina el efecto de acantilado digital, por lo tanto proporciona la degradación gradual necesaria y alta fiabilidad, comparable a una transmisión analógica;

b) Inclusión o no de codificación predictiva. El documento US2007098063A1 no emplea codificación predictiva de vídeo para explotar la redundancia de vídeo y en su lugar transmite el vídeo de origen original. Es uno de los métodos de transmisión de vídeo sin compresión existentes sin codificación predictiva de vídeo. Los métodos de la presente invención incluyen codificación predictiva de vídeo para eliminar o reducir en gran medida la redundancia en señal de vídeo y, por lo tanto, aumentar el rendimiento de vídeo. La presente invención proporciona nuevos métodos de transmisión de vídeo sin compresión con codificación predictiva; y

c) Compansión o normalización. El documento US2007098063A1 realiza compansión (en el mismo principio que el algoritmo de ley a y ley u) para mapear no linealmente el valor de cada coeficiente de DCT en otro valor. La normalización de la etapa de modulación de la presente invención usa el mismo factor de escala para escalar linealmente toda subportadora de vídeo de todo un símbolo de OFDM de modo que cierto parámetro (por ejemplo, potencia media, potencia máxima, etc.) del símbolo de OFDM escalado tiende a ser igual o cercano, es decir normalizado. Un símbolo de OFDM después de compansión no está normalizado. Las dos operaciones son principalmente diferentes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra la temporización de fotograma de vídeo de un vídeo en HD 720p60 de ejemplo en formato YUV4:2:0.

La Figura 2 ilustra una realización de cómo se particiona una imagen en HD de ejemplo en sectores y regiones en la presente invención.

La Figura 3 ilustra una realización de cómo se particiona una región en macrobloques en la presente invención. La Figura 4 ilustra una realización de cómo se particiona un macrobloque en bloques de transformación.

La Figura 5 ilustra una realización de los presentes métodos de transmisión de vídeo.

Descripción detallada de la invención

El principio y realizaciones de la presente invención se describirán ahora en detalle con referencia a los dibujos, que se proporcionan como ejemplos ilustrativos para habilitar que los expertos en la materia practiquen la invención. En particular, las figuras y ejemplos a continuación no pretenden limitar el alcance de la presente invención a una única realización, sino que son posibles otras realizaciones por medio del intercambio de algunos o todos los elementos descritos o ilustrados. Cuando sea conveniente, los mismos números de referencia se usarán a lo largo de los dibujos para referirse a las mismas partes o similares. Donde ciertos elementos de estas realizaciones pueden implementarse parcial o totalmente usando componentes conocidos, únicamente se describirán aquellas porciones de tales componentes conocidos que son necesarias para un entendimiento de la presente invención, y se omitirán descripciones detalladas de otras porciones de tales componentes conocidos para no obstaculizar la invención. En la presente memoria descriptiva, una realización que muestra un componente individual no debería considerarse limitante; en su lugar, la invención se concibe para incluir otras realizaciones que incluyen una pluralidad del mismo componente, y viceversa, a no ser que se indique explícitamente de otra manera en este documento. Además, los solicitantes no pretenden que a ningún término en la memoria descriptiva o las reivindicaciones se atribuya un significado no común o especial a no ser que se exprese explícitamente como tal. Además, la presente invención incluye equivalentes conocidos presentes y futuros a los componentes referidos en este documento por medio de ilustración.

En la siguiente descripción, se supone el vídeo en HD 720p60 en formato de color YUV4:2:0, como se muestra en la Figura 1, para el vídeo de origen original como un ejemplo para ilustrar el principio y una realización de la presente invención. El HD 720p60 tiene 60 fotogramas de vídeo explorados progresivamente por segundo. El periodo de cada fotograma de vídeo es 1/60 segundo, como se representa por el rectángulo más exterior en la Figura 1. Cada fotograma de vídeo tiene 750 líneas de exploración. Las primeras 30 líneas de exploración son líneas de supresión verticales, cuya duración se denomina como el intervalo de supresión vertical 111. Las restantes 720 líneas de exploración son líneas de vídeo activas, cuya duración se denomina como el intervalo activo vertical 112. Cada línea de exploración tiene 1650 muestras cuando se muestrea a una frecuencia de 74,25 MHz. Las restantes 370 muestras de cada línea de exploración es la supresión horizontal, cuya duración se denomina como el intervalo de supresión horizontal 122, y las 1280 muestras frontales de cada línea de vídeo activa, cuya duración se denomina como intervalo activo horizontal etiquetado como 121, transportan los 1280 píxeles de luma activos. Todos los píxeles de luma activos de todas las líneas de vídeo activas, es decir, los píxeles en la porción de vídeo activan, representan una imagen de luma en HD Y de 1280x720 píxeles de un fotograma de vídeo. Debido al submuestreo de croma horizontal y vertical de factor de 2, las imágenes de croma, U y V, son de únicamente 640x360 píxeles.

En cierta realización de la presente invención con una transformada bidimensional, en el transmisor de vídeo cada imagen de vídeo de origen se divide en pequeños bloques de píxeles bidimensionales, tal como bloques de 8x8 píxeles, donde 8x8 píxeles indica bloques bidimensionales de 8 píxeles de ancho por 8 píxeles de alto. La codificación predictiva de vídeo genera un bloque de píxeles de predicción para cada bloque de píxeles de origen. El bloque de píxeles de predicción se resta del bloque de píxeles de origen para producir un bloque de píxeles residual, y cada bloque de píxeles residual se convierte en un bloque de coeficientes de DCT del mismo tamaño mediante 2D-DCT.

En cierta realización de la presente invención con una transformada tridimensional, en el transmisor de vídeo la secuencia de fotogramas del vídeo de origen se divide en segmentos de vídeo, cada uno de los cuales comprende múltiples fotogramas de vídeo. A continuación, cada segmento de vídeo se divide en pequeños bloques de píxeles tridimensionales, tal como bloques de 8x8x8 píxeles para segmentos de vídeo de 8 fotogramas de longitud, donde 8x8x8 indica una región de píxeles de 8 píxeles de ancho por 8 píxeles de alto y 8 fotogramas de vídeo de longitud. La codificación predictiva de vídeo genera un bloque de píxeles de predicción para cada bloque de píxeles de origen. El bloque de píxeles de predicción se resta del bloque de píxeles de origen para producir un bloque de píxeles residual, y cada bloque de píxeles residual se convierte en un bloque de coeficientes de DCT del mismo tamaño mediante 3D-DCT.

En la realización ilustrada de la presente invención, la imagen en HD de 1280x720 de cada fotograma de vídeo se particiona en bloques de píxeles, regiones de normalización y regiones de transmisión, como se muestra en la Figura 2 a 4, en preparación para las siguientes etapas de procesamiento de los métodos de transmisión de la presente invención. Primero, la imagen en HD de 1280x720 se particiona en 45 sectores horizontales, etiquetados como 201, 202..., 245 de arriba a abajo respectivamente como se muestra en la Figura 2. Cada sector horizontal es de 1280x16 píxeles. Segundo, cada sector se divide en 16 regiones, etiquetadas como 20101, 20102..., 20116 de izquierda a derecha en el primer sector 201, y así sucesivamente hasta 24501, 24502..., 24516 en el último sector 245. Cada región es de 80x16 píxeles. Estas regiones se adoptan tanto como las regiones de normalización y las regiones transmisión en la realización ilustrada de los métodos de transmisión presentados. Tercero, cada región se divide en 5 macrobloques, etiquetados como 301, 302,... , 305 de izquierda a derecha, como se muestra en la Figura 3. Cada macrobloque es de 16x16 píxeles. Por último, cada macrobloque incluye una imagen de luma de 16x16 píxeles y dos imágenes de croma de 8x8 píxeles. La imagen de luma de 16x16 píxeles se divide en 4 bloques de luma. Cada bloque de luma es de 8x8 píxeles, etiquetados como 401,402, 403 y 404 respectivamente en la Figura 4. Los dos bloques de croma de 8x8 píxeles se etiquetan como 405 y 406 respectivamente. El bloque de 8x8 píxeles se adopta como el bloque de píxeles en la realización ilustrada de la presente invención.

La Figura 5 muestra una realización de los presentes métodos de transmisión de vídeo. Se supone que el vídeo de origen se transporta en 4 flujos de transmisión independientes a través de un canal de MIMO inalámbrico de 4x4. El método de DCT-OFDMA se adopta en la realización ilustrada. Pueden derivarse otros métodos que incluyen DCT-CDMA por consiguiente. Además, se adopta 2D-DCT y, por lo tanto, los métodos de transmisión ilustrados se realizan en la imagen de cada fotograma de vídeo del vídeo de origen después de que se particiona como se ha mencionado anteriormente. Pueden derivarse otros métodos que incluyen 3D DCT, por ejemplo, el origen se divide en segmentos de vídeo de 8 fotogramas de longitud, y los métodos en la realización ilustrada en la Figura 5 se aplican a cada segmento de vídeo en lugar de cada fotograma de vídeo. Los métodos en la realización ilustrada en la Figura 5 incluyen las siguientes etapas:

Etapa 1 Decorrelación, mostrada como 510. La etapa decorrelaciona el vídeo de origen para generar los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada mediante codificación predictiva de vídeo y transformada multidimensional, incluyendo las siguientes etapas detalladas:

Etapa 1a. Codificación predictiva de vídeo, mostrada como 511. En la realización ilustrada de la presente invención, para cada bloque de 8x8 píxeles de origen, la codificación predictiva de vídeo 511 genera un bloque de predicción de 8x8 píxeles a partir de los píxeles en la misma imagen, en imágenes pasadas/futuras o en imágenes de otro ojo. El bloque de píxeles de predicción se resta del bloque de píxeles de origen para producir un bloque de píxeles residual. Existen diversos métodos para generar el bloque de predicción. Estos métodos están fuera del alcance de la presente invención y no se detallan.

Etapa 1b. 2D-DCT, mostrada como 512. En la realización ilustrada de la presente invención, esta etapa convierte cada bloque de 8x8 píxeles residual en el dominio de transformada de DCT, y produce un bloque de coeficientes de DCT residual del mismo tamaño. El orden de los bloques en la transformada de DCT puede variar. En una cierta realización de la presente invención, para minimizar la latencia de procesamiento, todos los bloques en la primera región 20101 se transforman primero, a continuación se transforma la siguiente región 20102, y así sucesivamente hasta la última región 24516.

En una realización de la presente invención, se intercambian la etapa 1a y 1b de la decorrelación 510, es decir la codificación predictiva de vídeo 511 se aplica después de 2D-DCT 512 y, por lo tanto, se aplica en dominio de transformada.

Etapa 2 Mapeo, mostrada como 520. En la realización ilustrada de la presente invención, esta etapa mapea los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada en 4 flujos de transmisión en paralelo, incluyendo las siguientes etapas detalladas:

Etapa 2a. Exploración en zigzag de cada bloque de coeficientes de DCT en una matriz de coeficientes de bloque unidimensional, mostrada como 521. En la realización ilustrada de la presente invención, cada bloque de coeficientes de DCT de 8x8 en la región se explora en zigzag en una matriz de coeficientes de bloque unidimensional de 64 elementos.

Etapa 2b. Fusión de todas las matrices de coeficientes de bloque en una región en una matriz de coeficientes de región unidimensional, mostrada como 522. En la realización ilustrada de la presente invención, existen 30 matrices de coeficientes de bloque en la región. Todas las matrices de coeficientes de bloque se intercalan para producir la matriz de coeficientes de región de 1920 elementos de longitud. El primer elemento de la primera matriz de coeficientes de bloque va al primer elemento de la matriz de coeficientes de región. El segundo elemento de la primera matriz de coeficientes de bloque va al 31er elemento de la matriz de coeficientes de región y así sucesivamente. El orden de intercalado viene dado por la siguiente fórmula

índice de matriz de coeficientes de región

=(índice de matriz de coeficientes de bloque -1) * 30 índice de bloque de coeficientes

en la que el índice de matriz de coeficientes de región es un número entero en el intervalo de 1 a 1920, el índice de matriz de coeficientes de bloque es un número entero en el intervalo de 1 a 64, y el índice de bloque de coeficientes es un número entero en el intervalo de 1 a 30. Etapa 2c. Obtención de la matriz de canales de dominio de frecuencia en cada subportadora, mostrada como 523. A través del canal de MIMO inalámbrico de 4x4 en la realización ilustrada, supóngase que se adopta un símbolo de OFDM con 256 subportadoras y 240 de entre las 256 subportadoras se usan para transportar coeficientes de DCT con modulación casi continua, denominadas como subportadora de vídeo. Las 240 matrices de canales de dominio de frecuencia en todas las subportadoras de vídeo se obtienen en el lado del transmisor. En una realización, se estiman 240 matrices de canales de dominio de frecuencia en el lado del receptor y se transmiten de vuelta al lado del transmisor explícitamente. En otra realización, el lado del transmisor estima implícitamente la matriz de canales (desde el transmisor al receptor) mediante la ayuda de entrenamiento inverso (desde el receptor al transmisor). Esos métodos se conocen y no se detallan.

2d. Ordenación de todos los subcanales singulares por sus valores singulares, mostrada como 524. En la realización ilustrada, todas las 240 matrices de canales de dominio de frecuencia son matrices de 4x4. Cada matriz de canales de 4x4 se descompone mediante Descomposición en Valores Singulares (SVD) para obtener sus 4 valores singulares. Sea H^k la matriz de canales de dominio de frecuencia en la subportadora k, a continuación SVD da matriz ortogonal de 4x4 U^k, V^k, y matriz diagonal Diag{s^{k i}, S^k2, S^k3, Sk⁴}, que satisfacen

H^k= U^kDiag{S^{k i},S^k2,S^k3,S^k4}V¿1

en la que sk i,... S^k4 son número reales no negativos, denominados como valores singulares de subportadora k, y indica la traspuesta hermitiana de la matriz V^k. La posición de cada valor singular representa un subcanal singular. En la realización ilustrada, existen 960 valores y subcanales singulares. Todos los subcanales singulares se ordenan de tal manera que sus respectivos valores singulares están en orden descendente, es decir, el valor singular de un subcanal singular en el índice más bajo es mayor que o igual al valor de uno en el índice más alto. Tales subcanales singulares ordenados se denominan como matriz de subcanales singulares.

2e. Mapeo de coeficientes a subcanales singular, mostrada como 525. En la realización ilustrada, comenzando desde índice más bajo, se toman un par de coeficientes de DCT de la matriz de coeficientes de región, y se forma un número complejo mediante mapeo de valor de uno a uno. El número complejo se asigna al subcanal singular no asignado en el índice más bajo. A continuación, el mapeo se mueve a un siguiente par de coeficientes de DCT hasta que se mapean todos los coeficientes.

2f. Formación de haz de transmisión, mostrada como 526. Después de que todos los subcanales singulares se asignan, sea x^km el número complejo asignado al mésimo subcanal singular en la subportadora k, en la que k=1,...,240 y m=1,2,3,4. Los 4 contenedores de frecuencia en la subportadora k se asignan con 4 valores complejos en un vector de columna de 4 filas Y^k, que viene dado por

en la que Vk se obtiene en SVD de matriz de canales Hk [4].

Después de formación de haz de transmisión, las 240 subportadoras de vídeo de los 4 símbolos de OFDM para 4 flujos de transmisión se asignan con valores mapeados.

Etapa 3 Modulación, mostrada como 530. En la realización ilustrada, esta etapa modula 4 flujos de transmisión en 4 señales de salida de transmisión en paralelo mediante normalización lineal y modulación de OFDM casi continua, incluyendo las siguientes etapas detalladas:

Etapa 3a. Normalización, mostrada como 531. En la realización ilustrada de la presente invención, la etapa de normalización multiplica los contenedores de frecuencia en toda subportadora de vídeo de 4 símbolos de OFDM con un factor de escalado para hacer un cierto valor característico igual o cercano. En una realización de la presente invención, se calcula la potencia media de todos los contenedores de vídeo de frecuencia en los 4 símbolos de OFDM, y se compara con un valor específico para determinar el factor de escalado. Después de que se escalan todos los contenedores de vídeo de frecuencia, la potencia media de contenedores de frecuencia de vídeo es igual o cercana al valor específico. En otra realización de la presente invención, se encuentra el valor máximo de contenedores de frecuencia de vídeo y se elige el factor de escalado para normalizar el valor máximo de los 4 símbolos de OFDM. El factor de escalado se transmite como metadatos y transporta en modulación casi continua o modulación digital.

Etapa 3b. Modulación de OFDM, mostrada como 532. En la realización ilustrada, la IFFT de 256 puntos convierte los 4 símbolos de OFDM de los 4 flujos de transmisión desde dominio de frecuencia a dominio de tiempo. A continuación, los 4 símbolos de OFDM se extienden cíclicamente con CP o CS o ambos.

En otra realización de la presente invención, se intercambian la etapa de normalización 531 y la etapa de modulación de OFDM 532 de la etapa de modulación 530, es decir, la etapa de normalización 531 se aplica después de la etapa de modulación de OFDM 532 y, por lo tanto, se aplica en dominio de tiempo.

Etapa 4. Transmisión, mostrada como 540. En la realización ilustrada, 4 símbolos de OFDM extendidos cíclicamente están sin convertir al mismo canal de RF para generar las 4 señales de salida de transmisión de RF en paralelo. A continuación, las 4 señales de salida de transmisión de RF se envían inalámbricamente en paralelo a través de 4 antenas de transmisión.

Cabe observar que la realización ilustrada de los métodos de transmisión presentados en la presente invención no incurre en retardo de procesamiento variable, sino retardo de procesamiento fijo ya que todos los coeficientes de DCT se transportan mediante modulación casi continua. Suponiendo que la entrada es señal de vídeo explorada por tramas, el retardo mínimo teórico en la realización ilustrada de la presente invención es un periodo de 16 líneas de exploración para el transmisor de vídeo. Suponiendo que la salida es señal de vídeo explorada por tramas, el retardo mínimo teórico es un periodo de 16 líneas de exploración para el receptor de vídeo. El retardo de extremo a extremo mínimo total teórico es un periodo de 32 líneas de exploración.

Debe observarse adicionalmente que aunque la presente invención se describe de acuerdo con los dibujos adjuntos, debe apreciarse que la presente invención no se limita a tales realizaciones. Los expertos en la materia podrían efectuar modificaciones y variaciones sin alejarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones ilustradas de la presente invención únicamente sirven como ejemplos de cómo aplicar la presente invención para transmitir el vídeo. Existen diversas realizaciones de la presente invención. Estas realizaciones no se detallan, ya que estas pueden derivarse por expertos en la misma.

REFERENCIAS

[1] Jun Yin et al., Method and device for transmitting high-definition video signal, Pub. N.° CN102724518A, CN1027245188, WO2013170763A1, 6 de mayo de 2012

[2] Jun Yin et al., Method and device for high-definition digital video signal transmission, and camera and acquisition equipment, Pub. N.° CN1027245 19A, CN 102724519 B, WO2013170766A1. 6 de mayo de 2012

[3] Zvi Reznic et al., Apparatus and method for uncompressed, wireless transmission of video, Pub. N.° US2007/0098063 A1, 3 de mayo de 2007

[4] Thomas Paul y Tokunbo Ogunfunmi, Understanding the IEEE 802.11n Amendment, IEEE Circuits and Systems magazine, 1er trimestre de 2008

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), que comprende: etapa de decorrelación (510): decorrelacionar un vídeo de origen para generar coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada mediante codificación predictiva de vídeo y transformada multidimensional;

etapa de mapeo (520): mapear los coeficientes de vídeo residuales de dominio de transformada en uno o una pluralidad de flujos de transmisión en paralelo mediante clasificación optimizada de subportadora o subcanal; etapa de modulación (530): modular los flujos de transmisión en paralelo en una pluralidad de señales de salida de transmisión mediante normalización lineal y modulación casi continua;

y etapa de transmisión (540): transmitir las señales de salida de transmisión en paralelo en un canal de MIMO a través de una pluralidad de antenas o controladores de cable.

2. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que la codificación predictiva de vídeo comprende codificación predictiva intra fotograma, codificación predictiva inter fotograma, codificación predictiva causal, codificación predictiva no causal, codificación predictiva inter ojo y codificación de vídeo sin predicción con predicciones de píxeles establecidas a cero.

3. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que la transformación multidimensional comprende 2D-CT (Transformada de Coseno bidimensional), 3D-CT (Transformada de Coseno tridimensional), 2D-DFT (Transformada de Fourier Discreta bidimensional), 3D-DFT (Transformada de Fourier Discreta tridimensional), 2D-DWHT (Transformada de Walsh-Hadamard discreta bidimensional), 3D-WHT (Transformada de Walsh-Hadamard tridimensional), 2D-DWT (Transformada de Ondícula Discreta bidimensional) y 3D-DWT (Transformada de Ondícula Discreta tridimensional).

4. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que la modulación casi continua en la etapa de modulación comprende modulación de OFDMA casi continua y modulación de CDMA casi continua.

5. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que la codificación predictiva de vídeo se aplica antes de la transformada multidimensional o después de la transformada multidimensional.

6. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 5, caracterizado por que la codificación predictiva de vídeo se aplica antes de la transformada multidimensional, y la etapa de decorrelación comprende:

aplicar la codificación predictiva de vídeo al vídeo de origen en el dominio de espacio-tiempo, y generar residuos de píxeles para todos los píxeles del vídeo de origen en el dominio de espacio-tiempo; y

transformar los residuos de píxeles de todos los píxeles del vídeo de origen en el dominio de espacio-tiempo a coeficientes residuales de vídeo en el dominio de transformada mediante la transformada multidimensional.

7. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 5, caracterizado por que la transformada multidimensional se aplica antes de la codificación predictiva de vídeo, y la etapa de decorrelación comprende:

aplicar la transformada multidimensional al vídeo de origen, y transformar el vídeo de origen en coeficientes de vídeo en el dominio de transformada; y

aplicar codificación predictiva de vídeo en el dominio de transformada, y convertir los coeficientes de vídeo en los coeficientes residuales de vídeo.

8. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 4, caracterizado por que cuando se usa la modulación de OFDMA casi continua, la etapa de mapeo comprende mapeo de menor a menor y mapeo de menor a mayor.

9. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 8, caracterizado por que el mapeo de menor a menor comprende:

explorar los coeficientes residuales de todos los bloques en una región en una matriz de coeficientes de bloque unidimensional para cada bloque;

fusionar todas las matrices de coeficientes de bloque unidimensionales en la región en una matriz de coeficientes de región unidimensional;

comenzar desde el índice más bajo de la matriz de coeficientes de región, tomar un par de coeficientes residuales de vídeo para formar un número complejo, asignar el número complejo al flujo de transmisión con la subportadora de OFDM no asignada en la frecuencia temporal más baja, adicionalmente asignar el número complejo a la subportadora de OFDM no asignada en la frecuencia temporal más baja, y convirtiéndose el número complejo asignado en el valor de señal a modular de la subportadora de OFDM; y

mover el índice más alto por dos unidades para apuntar a un siguiente par de coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo, y continuar asignando hasta que se hace el mapeo para todas las matrices de coeficientes de región.

10. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 8, caracterizado por que el mapeo de menor a mayor comprende:

obtener una matriz de canales en dominio de frecuencia para cada subportadora;

descomponer la matriz de canal en dominio de frecuencia para cada subportadora mediante SVD (descomposición en valores singulares) para obtener valores singulares, en el que cada uno de los cuales representa un subcanal singular;

ordenar todos los subcanales singulares en una matriz de acuerdo con clasificación de los valores singulares de los subcanales singulares;

asignar los coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo en la matriz de coeficientes de región a los subcanales singulares; y

generar los valores de señal a modular de cada subportadora de OFDM de cada flujo de transmisión mediante formación de haces de transmisión a partir de números complejos formados a partir de los coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo asignados a los subcanales singulares.

11. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 10, caracterizado por que los subcanales singulares se clasifican en tal orden que el valor singular de un subcanal singular en un índice más bajo es mayor que o igual al valor singular de un subcanal singular en un índice más alto.

12. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 10, caracterizado por que la asignación de los coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo a los subcanales singulares comprende:

comenzar desde el índice más bajo, tomar un par de coeficientes residuales de vídeo de la matriz de coeficientes de región, y formar un número complejo con mapeo de valor de uno a uno;

asignar el número complejo al subcanal singular no asignado con el índice más bajo; y

mover el índice más alto por dos unidades para apuntar al siguiente par de coeficientes residuales de vídeo hasta que se hace la asignación para todos los coeficientes.

13. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 10, caracterizado por que la formación de haces de transmisión comprende específicamente: proporcionar x^km para indicar el número complejo del mésimo subcanal singular en la subportadora k, en el que k es el índice de subportadoras de un símbolo de OFDm , m es el número de los flujos de transmisión y también el número de los valores de señal a modular en la subportadora k;

hacer que los m números complejos de los valores de señal a modular generados en la subportadora k se indiquen mediante el vector de columna Y^k de m filas, que se proporciona en la siguiente ecuación:

en la que Vk se obtiene realizando SVD en la matriz de canales de dominio de frecuencia Hk de la subportadora.

14. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 4, caracterizado por que después de que los coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo se mapean a diferentes códigos o secuencias de ensanchamiento en cada flujo de transmisión para generar valores de señal a ensanchar casi continuos en la etapa de mapeo, la modulación de CDMA casi continua en la etapa de modulación comprende:

multiplicar aritméticamente cada valor de señal de cada flujo de transmisión con la secuencia de ensanchamiento y modular la secuencia de ensanchamiento; y

superponer juntas todas las secuencias de ensanchamiento moduladas de cada flujo de transmisión para formar una pluralidad de señales de salida de transmisión.

15. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 4, caracterizado por que después de que los coeficientes residuales de vídeo de dominio de tiempo se mapean a diferentes subportadoras en cada flujo de transmisión y los valores de señal a modular casi continuos se generan en la etapa de mapeo, la modulación de OFDMA casi continua en la etapa de modulación comprende: transformar cada símbolo de OFDM de cada flujo de transmisión desde el dominio de frecuencia al dominio de tiempo mediante IFFT; y

extender cíclicamente cada símbolo de OFDM con prefijo cíclico, sufijo cíclico o ambos para formar una pluralidad de señales de salida de transmisión.

16. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que la normalización lineal se refiere a multiplicar los valores de señal a modular en subportadoras de vídeo en todos los símbolos de OFDM o secuencias de ensanchamiento de vídeo en todas las palabras de ensanchamiento de CDMA por un factor de escalado para hacer un cierto valor característico igual o cercano.

17. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 16, caracterizado por que el factor de escalado se refiere a un factor de escalado determinado calculando la potencia media de cada segmento de señales de salida de transmisión y comparando la potencia media con un cierto valor determinado.

18. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 16, caracterizado por que el factor de escalado es un factor de escalado determinado encontrando el valor máximo de cada segmento de señales de salida de transmisión y comparando el valor máximo con un cierto valor determinado.

19. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 16, caracterizado por que la normalización elige diferentes factores de escalado para normalizar diferentes segmentos de cada señal de salida de transmisión de forma separada.

20. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 16, caracterizado por que la normalización elige el mismo factor de escala para normalizar juntos los segmentos en los mismos intervalos de tiempo de todas las señales de salida de transmisión; y elige diferentes factores de escalado para normalizar los segmentos en diferentes intervalos de tiempo de todas las señales de salida de transmisión de forma separada.

21. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que en la etapa de modulación, la normalización se aplica antes de la modulación casi continua y se aplica a los segmentos a modular de flujos de transmisión antes de la modulación casi continua.

22. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 1, caracterizado por que en la etapa de modulación, la normalización se aplica después de la modulación casi continua y se aplica a los segmentos modulados de las señales de salida de transmisión después de la modulación casi continua.

23. El método para transmitir vídeo a través de un canal de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de la reivindicación 8, caracterizado por que en la etapa de mapeo, el método de mapeo de valores para mapear los coeficientes residuales de vídeo en números complejos comprende:

mapeo de valor de uno a uno: tomar un par de coeficientes residuales de vídeo a y b para formar un valor de número complejo a+jb, en el que j es una raíz cuadrada de -1; o

mapeo de valor de dos a uno: tomar dos pares de coeficientes residuales de vídeo a y b así como c y d para formar un número complejo (a+bM)+j(c+dM), en el que j es una raíz cuadrada de -1, y M es un número constante real establecido.