RU46397U1

RU46397U1 - INFORMATION TRANSMISSION SYSTEM

Info

Publication number: RU46397U1
Application number: RU2005106116/22U
Authority: RU
Inventors: В.С. Еремеев; С.Б. Калашников; С.И. Буняев; Г.Н. Мацаков
Original assignee: Еремеев Владимир Сергеевич; Калашников Сергей Борисович; Буняев Святослав Иванович; Мацаков Геннадий Николаевич
Priority date: 2005-03-05
Filing date: 2005-03-05
Publication date: 2005-06-27

Abstract

Заявленная полезная модель позволяет создавать системы цифрового вещательного телевидения на мобильные телефоны и системы интерактивного видеонаблюдения за объектами с мобильного телефона в сетях с нефиксированной пропускной способностью канала связи. Это достигается за счет того, что ее передающая часть дополнительно содержит буферный блок, подключенный ко входам блока мультиплексирования, выход которого соединен со входом блока передачи, а приемная часть дополнительно содержит блок анализа, осуществляющий анализ текущей пропускной способности канала связи и прогнозирующий ее изменение, вход которого соединен с выходом блока приема, а выход через канал обратной связи - с управляющим входом блока мультиплексирования, при этом выходы блока сжатия, формирующего несколько выходных потоков с различной степенью сжатия, подключены ко входам буферного блока. 1 н.п. ф-лы, 1 фиг.The claimed utility model allows you to create a digital broadcast television system for mobile phones and interactive video surveillance systems for objects from a mobile phone in networks with an unlimited bandwidth of the communication channel. This is achieved due to the fact that its transmitting part additionally contains a buffer unit connected to the inputs of the multiplexing unit, the output of which is connected to the input of the transmission unit, and the receiving part additionally contains an analysis unit that analyzes the current throughput of the communication channel and predicts its change, input which is connected to the output of the receiving unit, and the output through the feedback channel to the control input of the multiplexing unit, while the outputs of the compression unit forming several output shackles with various compression ratios are connected to the inputs of the buffer block. 1 n.p. f-ly, 1 Fig.

Description

Полезная модель относится к области электросвязи, а именно к передаче аудио/видео информации по сотовым каналам связи с отображением на экране мобильного телефона синхронизированного непрерывного аудио/видео потока. Данная полезная модель может найти широкое применение для цифрового вещательного телевидения на мобильные телефоны и интерактивного наблюдения за объектами с мобильного телефона.The utility model relates to the field of telecommunications, namely to the transmission of audio / video information via cellular communication channels with the display of a synchronized continuous audio / video stream on a mobile phone screen. This utility model can be widely used for digital broadcast television on mobile phones and interactive monitoring of objects from a mobile phone.

Известны системы передачи информации, характеризующиеся тем, что видео/аудио информация, получаемая от источника оцифровывается, сжимается (компрессируется), затем осуществляется помехоустойчивое кодирование для передачи в канал связи, далее передаваемая информация декодируется с восстановлением от помех, затем осуществляется декомпрессия и отображение аудио/видео информации на приемной части (1).Information transmission systems are known, characterized in that the video / audio information received from the source is digitized, compressed (compressed), then noise-resistant coding is performed for transmission to the communication channel, then the transmitted information is decoded with restoration from interference, then decompression and audio / video information at the receiving part (1).

Известна система передачи информации, используемая для передачи аудио/видео информации в сетях сотовой связи (2). Система содержит последовательно соединенные блок оцифровки, блок сжатия, A known information transmission system used to transmit audio / video information in cellular networks (2). The system contains a series-connected digitization unit, a compression unit,

блок передачи, образующие в совокупности передающую часть, связанную через канал связи с приемной частью, которую образую последовательно соединенные блок приема и блок декодирования.a transmission unit, which together form a transmitting part connected via a communication channel with a receiving part, which is formed by a series-connected receiving unit and a decoding unit.

Работа системы заключается в том, что передающая часть формирует сжатый видео/аудио поток с фиксированной выходной битовой скоростью (выходная битовая скорость потока - параметр, задающий режим информации, получаемой в единицу времени на выходе блока сжатия). Затем через Интернет и сотовый канал связи передает его на мобильный телефон. Мобильный телефон проводит буферизацию входного видео/аудио потока, затем декомпрессирует его и отображает. При этом накладываются жесткие требования на соответствие пропускной способности канала связи и выходной битовой скорости формируемого видео/аудио потока на передающей стороне.The operation of the system consists in the fact that the transmitting part generates a compressed video / audio stream with a fixed output bit rate (output bit rate is a parameter that sets the mode of information received per unit time at the output of the compression unit). Then, via the Internet and a cellular communication channel, it transfers it to a mobile phone. The mobile phone buffers the input video / audio stream, then decompresses it and displays it. In this case, stringent requirements are imposed on the correspondence between the bandwidth of the communication channel and the output bit rate of the generated video / audio stream on the transmitting side.

Для непрерывного отображения аудио/видео потока на приемной части системы (экране мобильного телефона) необходимо жесткое соответствие выходного видео/аудио потока и пропускной способности канала связи, что существенно ограничивает реализацию системы на сотовых сетях с нефиксированной пропускной способностью канала. Колебания пропускной способности канала передачи данных приводят к потере непрерывности и синхронности отображения аудио/видео потока. Значительна задержка отображения аудио/видео потока за счет буферизации на мобильном телефоне. Сложен процесс коммутации канала For continuous display of the audio / video stream on the receiving part of the system (mobile phone screen), a strict correspondence between the output video / audio stream and the communication channel bandwidth is required, which significantly limits the implementation of the system on cellular networks with an unlimited channel bandwidth. Fluctuations in the bandwidth of the data transmission channel lead to a loss of continuity and synchronization of the display of the audio / video stream. Significant delay in displaying the audio / video stream due to buffering on the mobile phone. The channel switching process is complicated

- процедура включения определенного канала занимает в лучшем случае около 2-3 минут.- the procedure for turning on a specific channel takes at best about 2-3 minutes.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявленной полезной модели, выражается в пониженных требованиях к каналу связи, в частности к колебаниям пропускной способности, а также в возможности самонастройки на различные выходные потоки видео/аудио в зависимости от пропускной способности канала, что существенно улучшает пользовательские характеристики и позволяет работать в широком диапазоне скоростей передачи данных.The technical result obtained by implementing the claimed utility model is expressed in reduced requirements for the communication channel, in particular, bandwidth fluctuations, as well as in the possibility of self-tuning to various output video / audio streams depending on the channel bandwidth, which significantly improves user characteristics and allows you to work in a wide range of data transfer speeds.

Указанный технический результат достигается тем, что система передачи информации, содержащая передающую и приемную части, соединенные каналом связи, причем передающая часть содержит блок оцифровки, выход которого подключен к блоку сжатия, а также блок передачи, выход которого является выходом передающей части системы, приемная часть которой содержит блок приема, соединенный со входом блока декодирования, преобразующий информацию в формат выходного сигнала, подключенный ко входу блока отображения, отличающаяся тем, что передающая часть дополнительно содержит буферный блок, подключенный ко входам блока мультиплексирования, выход которого соединен со входом блока передачи, а приемная часть дополнительно содержит блок анализа, осуществляющий анализ текущей пропускной способности канала связи и прогнозирующий ее изменение, вход которого соединен с выходом блока приема, а выход через канал обратной связи - с The specified technical result is achieved in that the information transmission system containing the transmitting and receiving parts connected by a communication channel, the transmitting part comprising a digitizing unit, the output of which is connected to the compression unit, as well as a transmission unit whose output is the output of the transmitting part of the system, the receiving part which contains a receiving unit connected to the input of the decoding unit, converting the information into an output signal format, connected to the input of the display unit, characterized in that the transmitting part additionally contains a buffer unit connected to the inputs of the multiplexing unit, the output of which is connected to the input of the transmission unit, and the receiving part additionally contains an analysis unit that analyzes the current throughput of the communication channel and predicts its change, the input of which is connected to the output of the reception unit, and the output through feedback channel - with

управляющим входом блока мультиплексирования, при этом выходы блока сжатия, формирующего несколько выходных потоков с различной степенью сжатия, подключены ко входам буферного блока.the control input of the multiplexing unit, while the outputs of the compression unit, forming several output streams with various compression ratios, are connected to the inputs of the buffer unit.

На чертеже показана блок-схема системы передачи информации.The drawing shows a block diagram of an information transmission system.

Указанная система содержит блок 1 оцифровки, блок 2 сжатия, буферный блок 3 (содержащий отдельные узлы 3.1, 3.2, ..., 3.N для буферизации различных выходных потоков), блок 4 мультиплексирования, блок 5 передачи, канал 6 связи, блок 7 приема, блок 8 анализа, блок 9 декодирования, блок 10 отображения, канал 11 обратной связи. Блоки 1, 2, 3, 4, 5 образуют передающую часть 12 системы, а блоки 7, 8, 9, 10 - приемную часть 13.The indicated system comprises a digitization block 1, a compression block 2, a buffer block 3 (containing separate nodes 3.1, 3.2, ..., 3.N for buffering various output streams), a multiplexing block 4, a transmission block 5, a communication channel 6, block 7 reception, analysis unit 8, decoding unit 9, display unit 10, feedback channel 11. Blocks 1, 2, 3, 4, 5 form the transmitting part 12 of the system, and blocks 7, 8, 9, 10 form the receiving part 13.

Передающая часть 12 предназначена для формирования потоков с заданной выходной битовой скоростью и передачи их в канал связи 6. Приемная часть 13 предназначена для приема, декодирования и отображения информации.The transmitting part 12 is intended for generating streams with a given output bit rate and transmitting them to the communication channel 6. The receiving part 13 is intended for receiving, decoding and displaying information.

Блок 1 обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровой код, осуществляя покадровый ввод и преобразование.Block 1 provides the conversion of the analog signal into a digital code, carrying out frame-by-frame input and conversion.

Блок 2 обрабатывая оцифрованную видеоинформацию формирует ряд потоков одного и того же контента (видео/аудио) с различной выходной битовой скоростью (например 10 Кбит/с, 15 Кбит/с, 20 Кбит/с и т.д., нижнее ограничение - минимальная пропускная способность канала 6, верхнее ограничение - максимальная пропускная способность канала 6, дискретность ряда должна быть минимальна и определяется Block 2, processing digitized video information, forms a series of streams of the same content (video / audio) with different output bit rates (for example, 10 Kbit / s, 15 Kbit / s, 20 Kbit / s, etc., the lower limit is the minimum bandwidth the capacity of channel 6, the upper limit is the maximum throughput of channel 6, the discreteness of the row should be minimal and determined

незначительными изменениями в восприятии изображения при переходе с потока на поток и техническими возможностями сервера по формированию нескольких потоков). Реализация алгоритма сжатия видеоинформации при формировании выходного потока такова, что поддерживается постоянно заданная выходная битовая скорость за счет изменения степени сжатия входного видеосигнала. Колебания выходной битовой скорости потока незначительны (не более 10%).minor changes in the perception of the image when switching from stream to stream and the technical capabilities of the server to form multiple streams). The implementation of the video information compression algorithm during the formation of the output stream is such that a constantly set output bit rate is supported by changing the compression ratio of the input video signal. Fluctuations in the output bit rate are insignificant (no more than 10%).

Блок 4 осуществляет переключение между выходными потоками и приемной частью 13 в соответствии с информацией, получаемой от блока 8.Block 4 switches between the output streams and the receiving part 13 in accordance with the information received from block 8.

Блок 5 осуществляет помехоустойчивое кодирование и пакетную передачу выходного потока на блок 7. Он формирует из выходного потока пакеты заданного объема и отправляет их с частотой, которая обеспечивает при приеме и декодировании непрерывность воспроизведения видео/аудио информации. Например, при потоке с выходной битовой скоростью 20 Кбит/с и длиной пакета 256 байт в секунду будет отправляться 10 пакетов. При такой же пропускной способности канала блок 7 эти 10 пакетов получит в течение 1 секунды. При этом канал связи 6 успевает пропустить в единицу времени заданный объем информации, запас dT=0 (где dT=dT1-dT2, dT1 - временная длина пакета при заданной выходной битовой скорости потока, dT2 - реальный интервал времени, за который блок 7 получил пакет данных). В случае, если пропускная способность канала 6 Block 5 implements error-correcting coding and packet transmission of the output stream to block 7. It generates packets of a given volume from the output stream and sends them with a frequency that ensures the reception of video / audio information during reception and decoding. For example, with a stream with an output bit rate of 20 Kbps and a packet length of 256 bytes per second, 10 packets will be sent. With the same channel bandwidth, block 7 will receive these 10 packets within 1 second. At the same time, communication channel 6 manages to skip a given amount of information per unit time, margin dT = 0 (where dT = dT1-dT2, dT1 is the temporal length of a packet at a given output bit rate of a stream, dT2 is the real time interval for which block 7 received a packet data). In case the bandwidth of channel 6

выше (40 Кбит/с), реальное время передачи пакета в единицу времени меньше, чем временная длина пакета при заданной выходной битовой скорости потока, при этом dT>0, то есть канал 6 успевает пропустить в единицу времени заданный объем информации с запасом dT. В случае, если пропускная способность канала 6 ниже (10 Кбит/с), реальное время передачи пакета в единицу времени больше, чем временная длина пакета при заданной выходной битовой скорости потока, при этом dT<0, то есть канал 6 не успевает пропустить в единицу времени заданный объем информации.higher (40 Kbit / s), the real packet transmission time per unit time is less than the temporal packet length at a given output bit rate, with dT> 0, that is, channel 6 manages to skip a given amount of information with a margin of dT per unit time. If the throughput of channel 6 is lower (10 Kbit / s), the real packet transmission time per unit time is longer than the temporal length of the packet at a given output bit rate, while dT <0, that is, channel 6 does not have time to miss unit of time a given amount of information.

Таким образом, параметр dT напрямую зависит от пропускной способности канала 6 при заданной выходной битовой скорости потока. Его анализ блоком 8 в процессе передачи пакетов позволяет оценивать текущую пропускную способность канала и прогнозировать последующую на основании ряда предшествующих значений. При этом параметр изменения пропускной способности канала 6 рассчитывается как K=T1/(T1-dT). Прогнозируемая величина оценивается, как линейная аппроксимация (в простейшем случае) изменений данного параметра на основе предшествующих значений. Затем осуществляется сравнение текущей выходной битовой скорости передаваемого потока и возможной прогнозируемой пропускной способности канала 6. При этом величина новой выходной битовой скорости потока должна быть ниже прогнозируемой пропускной способности канала 6. Далее происходит Thus, the parameter dT directly depends on the throughput of channel 6 at a given output bit rate. Its analysis by block 8 in the process of transmitting packets allows us to estimate the current channel throughput and predict the next based on a number of previous values. In this case, the parameter of the channel 6 bandwidth change is calculated as K = T1 / (T1-dT). The predicted value is estimated as a linear approximation (in the simplest case) of changes in a given parameter based on previous values. Then, the current output bit rate of the transmitted stream is compared with the possible predicted bandwidth of channel 6. In this case, the value of the new output bit rate of the stream should be lower than the predicted bandwidth of channel 6. Next,

выбор одного из мультиплексированных выходных потоков, обеспечивающего необходимую выходную битовую скорость.selection of one of the multiplexed output streams providing the necessary output bit rate.

Непрерывность отображения на приемной части 13 в процессе перехода между различными выходными потоками передающей части 12 поддерживается за счет внутреннего буфера блока 7.The continuity of the display at the receiving part 13 during the transition between the various output streams of the transmitting part 12 is supported by the internal buffer of block 7.

Входной аудио/видео сигнал оцифровывается в блоке 1, и поступает на вход блока 2, который на основе кодера MPEG4 (MPEG4 -стандарт сжатия (кодирования) аудио/видео информации) формирует несколько выходных потоков с различной степенью сжатия и/или кадровой частотой и, соответственно, с различной выходной битовой скоростью, которые поступают на входы блока 3. Блок 4 (вещательный мультиплексор) обеспечивает доступ со стороны приемной части 13 системы к необходимому потоку. В начальный момент времени доступ осуществляется к потоку с минимальной битовой скоростью, затем в зависимости от сигнала с блока 8, несущего информацию о пропускной способности канала 6, осуществляется выбор потока с битовой скоростью, соответствующей прогнозируемой пропускной способности канала 6. Блок 5 формирует информационные пакеты и осуществляет передачу видео/аудио потока в канал 6. Каналом 6 связи является GPRS (EDGE) канал оператора сотовой связи (GPRS - Сети с пакетной передачей данных - технология, представляющая собой реализацию пакетной коммутации в сетях стандарта GSM, ранее использовавших только технологию коммутации каналов. Вместо передачи непрерывного потока данных через The input audio / video signal is digitized in block 1, and fed to the input of block 2, which, on the basis of the MPEG4 encoder (MPEG4-standard for compressing (encoding) audio / video information) forms several output streams with different compression ratios and / or frame frequencies and, accordingly, with different output bit rates, which are received at the inputs of block 3. Block 4 (broadcast multiplexer) provides access from the receiving part 13 of the system to the required stream. At the initial time, access is made to the stream with the minimum bit rate, then, depending on the signal from block 8 carrying information about the bandwidth of channel 6, a stream with a bit rate corresponding to the predicted bandwidth of channel 6 is selected. Block 5 generates information packets and transmits video / audio stream to channel 6. Communication channel 6 is GPRS (EDGE) channel of a cellular operator (GPRS - Packet Data Networks - a technology that is an implementation of a pack hydrochloric GSM standard switching networks previously used only circuit switched technology. Instead of transmitting the continuous data stream through

постоянное соединение при пакетной коммутации сеть используется только в случае наличия данных для передачи). Блок 7 осуществляет прием информационных пакетов и их канальное декодирование. Блок 9 преобразует видео/аудио поток из формата MPEG4 в формат для отображения на блоке 10 (на экране смартфона). Одновременно с этим информация с блока 7 поступает на блок 8, который осуществляет анализ текущей пропускной способности канала 6 и прогнозирует ее изменение, формируя команду блоку 4 на переход к потоку, выходная битовая скорость которого соответствует прогнозируемой.permanent connection with packet switching, the network is used only if there is data for transmission). Block 7 receives information packets and their channel decoding. Block 9 converts the video / audio stream from MPEG4 format to a format for display on block 10 (on the smartphone screen). At the same time, information from block 7 goes to block 8, which analyzes the current throughput of channel 6 and predicts its change, forming a command to block 4 to switch to a stream whose output bit rate corresponds to the predicted one.

Заявленная полезная модель позволяет создавать системы цифрового вещательного телевидения на мобильные телефоны и системы интерактивного видеонаблюдения за объектами с мобильного телефона в сетях с нефиксированной пропускной способностью канала связи.The claimed utility model allows you to create a digital broadcast television system for mobile phones and interactive video surveillance systems for objects from a mobile phone in networks with an unlimited bandwidth of the communication channel.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Р.Е.Быков, К.В.Иванов, А.А.Манцветов «Цифровое преобразование изображений», Москва, 1992, стр.147-150;1. R.E.Bykov, K.V. Ivanov, A.A. Mantsvetov "Digital image conversion", Moscow, 1992, pp. 147-150;

2. Джеймс Ф. Куроуз, Кит В. Росс, Компьютерные сети, Москва, 1996, стр.536-547 (прототип).2. James F. Cornes, Keith W. Ross, Computer Networks, Moscow, 1996, pp. 536-547 (prototype).

Claims

An information transmission system comprising transmitting and receiving parts connected by a communication channel, the transmitting part comprising a digitizing unit, the output of which is connected to the compression unit, and a transmission unit, the output of which is the output of the transmitting part of the system, the receiving part of which contains a receiving unit connected to the input of the decoding unit, converting the information into an output signal format, connected to the input of the display unit, characterized in that the transmitting part further comprises a buffer unit connected about the inputs of the multiplexing unit, the output of which is connected to the input of the transmission unit, and the receiving part additionally contains an analysis unit that analyzes the current throughput of the communication channel and predicts its change, the input of which is connected to the output of the reception unit, and the output through the feedback channel to the control the input of the multiplexing unit, while the outputs of the compression unit, forming several output streams with various compression ratios, are connected to the inputs of the buffer block.