TWM320813U - Signal capturing, compressing, and converting processing system - Google Patents

Description

M320813 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係關於一種訊號擷取壓縮與轉換處理系統，尤 指一種將多種不同的類比視訊信號整合於_訊號擷取屢縮 與轉換處理系統者。 【先前技術】 習知之遠端監控系統(KVM)之類比視訊信號輸入的擷 取技術其中應用的場合大多是視訊晝面的分析，並混合其 他視訊晝面以及解碼視訊晝面等等。各種擷取技術 法種類繁多’其目的也琳瑯滿目，不一樣的需求會有不一 樣的設計。所以目前只要是關於動態影像擷取的需求，其 問題多為成本及技術門插均很高。目前市面上所見均為處 理單一類比視訊信號的單一訊號擷取硬體裝 = •法，第！圖為習知多種類比視訊信號掏取處 •圖，其係將多個處理單_類比視訊信號（例如：影像緣圖 陣列訊號擷取處理單元卜數位視訊介面訊號揭取處理單 元2及視訊信號擷取處理單元3)的單一訊號揭取處理單 元設置於同-系統中，而最後輸出的影像資料内容再依不 同的需求搭配不-樣的輸出裝置組合，但其實際上仍不能 視為整合的類比視訊信號擷取處理系統。 第2圖、第3圖及第4圖分別為將影像繪圖陣列視訊 信號轉換為數位視訊信號的電路方塊圖、數位視訊介面接 收器將差動式視訊信號轉換為數位視訊信號電路方塊圖以 M320813 及NTSC/PAL/SECAM類比視訊轉換數位視訊信號電路方 塊圖，以上所列僅做例示且有多種設計方式，但其均為市 面上常見且為本領域者所習知，在此不再多做說明。 以下將對一些相關的名詞做進一步的解釋·· l.VGA(Video Graphics Array)景多像標準，其主要係為 了連接電腦與螢幕所設計的介面，紅綠藍色接緣圖 視訊的訊號。 2·數位視訊介面（DVI)，也就是 Digital Visuai interface 的簡稱，其由美國英特爾公司、曰本富士、IBM、

Compaq、NEX、Hewlett-Packard、Silicon-Image 等 多家公司聯合提出的，DVI的數位介面是為了符合 未來增加的頻寬及性能上的需求。D VI可傳送數位 訊號和類比訊號，支援數位視訊/多媒體的電腦主機 與顯示裝置間的規格，適合傳輸無壓縮、高清晰度 視訊信號，並可提供零輻射的高品質晝面。 3· HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection， 高頻寬數位内容保護機制），其為一種影音數位内容 的保護機制。 4·視訊(Video)端子只負責影像訊號的傳輸，而音頻訊 號係由另外的端子連接。最常見的是被稱作AV端 子的介面組，其係由三個獨立的RCA插頭組成，其 中的V介面連接混合視頻訊號，其係為黃色插口。 另外，整合多種類比視訊信號以前述之方式再加上多 工斋以選擇所欲處理的類比視訊信號，因其複雜度較前述 M320813 之習知設計大大提升，且成本更高，故並無產業利用& 因此，如何研發出一種訊號擷取壓縮與轉換處理/ ，其可使多種不同的類比視訊信號整合於本系統中 Ί Ά 化硬體設計及降低製造成本，且可使遠端監控系統簡 接受多種視訊信號並可進行遠端操控，將是本合^ +詞作所欲積 極探討之處。 謂 【新型内容】 有鑑於上述習知之缺憾，創作人有感其未螓於完美 遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年， 經驗，進而研發出一種訊號擷取壓縮與轉換處理系統了積 將平面直角顯示控制器單元所產生之顯示介面驅動訊號= 為連續視訊畫面的壓縮來源，使多種不同的類比視 : 可整合於本系統中。 σ虎 本創作之主要目的在提供一種訊號擷取壓縮與轉換處 理系統並可進行遠端操控，其利用將該平面直角顯示控制 斋單元所產生之顯示介面驅動訊號作為連續視訊晝面的壓 縮來源、，使多種不同的類比視訊信號整合於本系統中，進 而達到遠端操控簡化硬體設計及降低製造成本的目的。 本創作提供一種訊號擷取壓縮與轉換處理系統，包 4 ·〜平面直角顯示控制器單元，其可接收複數種類比視 义來源’並輸出一顯不介面驅動g孔號；一訊號榻取壓 縮與轉換處理器，其與該平面直角顯示控制器單元相接， 包含· ^ •一虛擬顯示介面單元，其接收該顯示介面驅動訊號 7 M320813 並將，轉換為-連續視訊晝面訊號，—連 ▲ 壓縮單元，其接收該連續指 、σ息面訊號 續視訊晝面壓縮資料，」資^六訊號並將其壓縮為-連 連續視訊畫面訊號壓縮單元所子區緩衝單70，其接收該 資料，-輸出/入單元m 該連續視訊晝面壓縮 出之該連續視訊晝面壓縮 =[緩衝羊元輪 料輸出，-中央處理器控制該連績視訊晝面壓縮資 面單元、該連續視訊畫面訊號 =虛_示介 衝單元、該輸出A單元& =早疋、该資料暫存區緩 T央處理器單元，其與該中央處理器控制界面單=二 t視、—被監視端操縱器、該參數回授收L 皁7C及該平面直角顯示控制器單元相接，以控^ ^ f顯示控制器單元，進而接收該被監視端訊息警報 息盘調整回授操控參數以及控制該平面直角顯示控二; 練該被監視端操縱器，且經_中央處理⑽“ 早=以控制該訊號擷取壓縮與轉換處理器。 一八藉此’利用將該平面直角顯示控制器單元所產生之顯 面驅動訊號作為連續視訊晝面的壓縮來源，使多種不 ^ 视°孔4號整备於一訊號擷取屋縮與轉換處理系統 t。^而達到簡化硬體設計及降低製造成本的目的。而遠 端麵控相闕動作參數可經由_央處理器控制界面單元將參 數回，f參數回授收集單元經過處理過遽參數後並由中央 ，理元做邦斷決策並與被監視端操縱器相接，如果被 瓜視端疋设計為可以被操控的話，可進一步透過被監視端 M320813 操縱器（如：鍵盤或滑氣等）操作該系統。 【實施方式】 =㈣解本創作之目的、特徵及功效，兹藉由下述 :體列’並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說 明，說明如後： 失去Z目為本㈤作之較佳具體實施例之電路方塊圖，請 二.5圖’本創作之訊號擷取壓縮與轉換處理系統*包 含♦一平面直角顯示控制器單元5 (例如：—W，但不限 於此）其可接收複數種類比視訊信號來源6 (例如：一影 像緣圖陣舰號”VGA”、—數位視訊介面訊號,，DVI”或L 視刻VIDEO ’此為通俗用名稱’但不限於此），並輸 驅動訊號7’其中，該平面直角顯示控制器 早二。S—視訊信號多工選擇器16，以從該些類比視訊 來源6選擇—個所欲處理的類比視訊信號訊號擷 取壓縮與轉換處理器8 (例如：FpGA/DSp/Asic等，作不 限於此），其與該平面以顯示控顧單元5減，該訊號 擷取壓縮與轉換處理器 1包含：-虛擬顯示介面單元9， 其接收該顯示介面驅動訊號7，並將其轉換為—連續視訊 晝面訊號1G，一連續視訊晝面訊號雜單元11 (例如：一 MPEG-4衫像壓縮單疋或—jpeg·2綱影像壓縮單元等， 但不限於此）’其接收該連續視訊晝面訊號並將其壓縮 為-連續視訊晝面_:#料12,—資料暫存區緩衝單元 23，其接收該連續視訊晝面壓縮資料12，—輸出/入單元 9 M320813 接⑺t乙太網路或—usb介面，但*限於此），盆 接=料暫存區緩衝單元23輸出之 丄 將該連續視訊晝面㈣資料12輸出，二中央 ί理"控制界面單元14 ’其與該虛擬顯示介面單元9、， 2^= 晝:訊，縮單元11、該資料暫存區緩衝單乂 ^ 人早7〇 13及—參數回授收集單元 一中央處理器料15，其舆射央處理器㈣界 14、一被監視端訊息馨報 鍵盤或滑鼠等)、該參數二縱器-(如： 示押制哭抑一 c上 杈收木早兀24及該平面直角顯 之.自目接’進而接收該被監視端訊息警報器26 二：:调整回授操控參數以及控制該平面直角顯示控制 :二:被監視端#縱器27(如:鍵盤或滑鼠等)， 玆處理器控制界面單元14，以控制該訊號擷取 ^與轉換處理器8，其中，該參數回授收集單元24，盆 透，該中央處理器控制界面14從該輸出A單元13触 ^回授育料流25 ’由該參數回授收集單元％接收輸 出至该中央處理器單元15，做出判斷決策，中央處理器單 ^並與被監視端操縱器27 (如：鍵盤或滑鼠等）相接， 如被【視端係設計為可被操控之系統，則可進一步透過該 被亚視端操縱器27 (如：鍵盤或滑鼠等）操作該被監視端 糸統。 、:針對示於第$圖中各方塊做更詳細的說明： L平面直角顯示控制器單元5 :帛6圖為平面直角顯 不控制器單元5之内部電路方塊圖。其已有多家廠 M320813

商做成完整的單晶片（SOC)，並整合的相當完整，對 視訊信號的處理能力也相當強大。最後輸出的顯示 介面的驅動訊號也相當完整。而透過平面直角顯示 控制器單元5可程式更改連續視訊晝面訊號(Frame) 來源的屬性，在不影響晝面清晰度的情況之下，重 新調整連續視訊畫面訊號輸出的有效解析度範圍， 並參考遠端監控者回授之參數表示，調整改變顯示 介面驅動訊號7其中之有效解析度之範圍控制定 義，作為連續視訊晝面的壓縮來源，進行晝面壓縮， 可得到最佳的壓縮晝面資料容量。 2. 視訊信號多工選擇器16 :存在於平面直角顯示控制 器單元5中，當複數種類比視訊信號來源同時進入 時，可以利用軟體設定只允許其中一種訊號進入平 面直角顯示控制器單元5中，其可利用軟體直接得 知（内部硬體電路可以直接彳貞測完整有效的類比視 訊信號）想要處理的類比視訊信號來源。 3. 訊號擷取壓縮與轉換處理器8:其特徵為轉換顯示 介面驅動訊號7成為一連續視訊晝面訊號10以作為 影像訊號壓縮來源。並利用一連續視訊晝面訊號壓 縮單元11，進行壓縮產生一連續視訊晝面壓縮資料 12，並由一資料暫存區缓衝單元23接收，最後透過 輸出/入單元13與該資料暫存區緩衝單元23相 接，並輸出將該連續視訊晝面壓縮資料12。 4. 虛擬顯示介面單元9:第7圖為虛擬顯示介面9的 11 M320813 詳細系統方塊圖。平面直角顯示控制器單元5輸出 之顯示介面驅動訊號7,經由此虛擬顯示介面9,可 將顯示介面驅動訊號7轉換為連續視訊晝面訊號壓 縮單元11所能接受處理的訊號，因為平面直角顯示 控制裔單元5可以輸出數種顯示介面驅動訊號（例 如，TTL/LVDS/RSDS規格之顯示介面驅動訊號）， 而不一樣的有效解析度範圍的壓縮結果會影響不一 樣的晝面資料壓縮容量，當平面直角顯示控制器單 元5輸出有效解析度範圍至虛擬顯示介面單元9 %，必須能完整支援並且能擷取完整晝面資料，最 後轉換出相容於該連續視訊晝面訊號壓縮單元n 所能接受處理的訊號。 5.連續視訊晝面訊號壓縮單元11 :第8圖為連續視訊 畫面訊號獅單元n之内部電路方塊圖（例如： JPEG_2_運作方塊圖，但不限於此）。其主要是將 完整的連續視訊晝面訊號1G經過可程式化規劃的 設定，錢進行壓縮。_資料大小_到傳輸速 度及解壓縮的效能，所以如果僅是單純將類比視訊 信號來源轉換成連續視訊晝面訊號1〇進行壓縮（如 果平面直角顯示控制器單元5無法調整有效解析声 範圍定義）’則可能會因為大面積晝面有效解析度^ 圍，而使其壓縮tb率會變差（有時甚至無法支 縮），而影響到大面積晝面有效解析度範圍的資 輸速度與解賴的效能（或無法傳輸），_影響到 M320813 整體即時晝面運作的品質，另—種作法如果 省略該方塊（忽略連續視訊晝面訊號壓縮單元3 直接將影像㈣輸出）功能，可能會因為無 %態影像貧料容量太大’使得遠端監控H去卞^ 暢的”即時”監控操作晝面。故較佳的係該訊= 取壓縮顯處理器8搭配平面直角顯示控制器： 兀5調整最佳化之有效解析度範圍的影像晝面面早 (大面積縮小©積，如果*影響晝面清晰度的原: 下）’進行影像晝面訊號壓縮，進而可以得到最佳、、 晝面壓縮資料容量值（亦也可將畫面小面積放= 積）。

Motion JPEG (簡稱 MJPEG)與 MPE(M 是目前最 被廣泛使用的麗縮技術，以下附比較說明。 取 MJPEG··採取漸層式傳輸方式，先輸低解析圖槽， 再補送細部資料使晝面品質改善到最佳。其壓縮 術可以獲得清晰度非常高的影像，而且在每秒任何 幅數下皆可任意自訂晝質與解析度。且因為每張景 I 像各自獨立即使其中有資料破損整體影響不大，觀 看端不需進行整體關聯是解壓縮，只f將串流視訊 切割播放，不會消耗太多硬體資源，可達到影像低 延遲的效果。而規格採開放格式’不會有版權問題。 相較其他_格式，整縣縮效率低與佔 存空間是最主要的缺點，其演算法是根據每一晝^ 圖像的内容進行麵，而不是依據相鄰晝面圖像間 13 M320813 的差異來進行壓縮’因此造成大量冗餘影像貧訊被 重複儲存，沒有動作發生仍佔用頻寬，儲存空間大。 MPECM :會將視訊晝面分析為前景，背景，只要記 錄動態圖像的軌跡，新增程式運算效能，其壓縮比 率南達數百倍，應用目標係針對低頻寬傳輸，高晝 貝壓縮’互動式操作以及將自然物與人造物相融合 的表達方式。但是因演算法複雜，所以在某種程度 上存在著影像干擾與晝面扭曲失真的情沉。再者， 因為採用畫面間的壓縮技術其中只要有片段影像資 = '知’即可能會使影像壓縮資料不連貫造成整體 貝料鲛知，當物體呈現運動狀態時，此種技術不會 立即反應，故延遲較嚴重。 6· f暫存區缓衝單元231該視訊連續 晝面訊號麗 、=單70 11與該輸出/人單元的壓縮運算與傳輪 二度無去同步運作時，可將目前之壓縮晝面資料暫 子起來’等待輸出。最明顯的運作情況是，，當連續 晝面訊號壓縮單* η運算速度快過於輸出/ =13的傳輸速度時必須先將目前之壓縮資料 遠^來等待輸A、緩衝作用能完整的將擷取視訊 二二面貝料，無遺漏的傳輸到遠端監控者端，因 ::料暫存區緩衝單元23的功能為，，不一樣的輪 流楊ί，早Γ 13的傳輪料下仍可鱗視訊播放的 7.輪出八單元13:該單元的裝置種類必須依祠服器 说320813 主機單元20的接收介面而定，可以是USB、 IEEE1394、Ethernet或PCI等，但必須注意該輸出 /入單元13必須要有雙向的傳輸能力，才能達到” 遠端監控”的功能。 8·中央處理器控制界面單元14:最主要的功能是在中 央處理器單元15與訊號擷取壓縮與轉換處理器8 之間能建立暢通無障礙且相容的存取介面，因為市

購可得的中央處理器單元15功能花樣多，支援的存 取介面琳瑯滿目，不一定能相容於訊號擷取壓縮與 轉換處理器8，因此增加這層介面單元，除了可以 確保存取介面能完全相容外，還可以在硬體規劃設 計上使中央處理器單元15設計上更加靈活。當然如 果剛好有完全相容於訊號擷取壓縮與轉換處理器8 的中央處理器單元15的存取介面，那該層介面單元 是可以省略的。 9.參數回授收集單元24 :遠端監控者21透過回授路 徑最後到達輸出/入單元13再轉成參數回授資料 流25 ’並由參數回授收集單元Μ接收後經過處理 過濾、回授參數後’並由中央處理器單元15做判斷決 策，調整相關控制單元。 1〇.= 理15:執行系統設計者所編寫的相 關控制私柄，包括所有㈣單元的 斷決策等。本單元必·有可重複燒錄 = 制參數與判斷料程式碼，以方便調整系1功能。 15 M320813 3視訊信號擷取處理單元 4訊號擷取壓縮與轉換處理系統 5平面直角顯示控制器單元 6類比視訊信號來源 7顯示介面驅動訊號單元 8訊號擷取壓縮與轉換處理器 9虛擬顯示介面單元 10連續視訊晝面訊號流 11連續視訊晝面訊號壓縮單元 12連續視訊晝面壓縮資料流 13連續影像資料輸出/入單元 14中央處理器控制界面單元 15中央處理器單元 16視訊信號多工選擇器 17電腦主機系統 18高晝質數位影音系統 19多媒體娛樂影音系統 20伺服器主機單元 21遠端監控者單元 22儲存管理裝置單元 23資料暫存區緩衝單元 24參數回授收集單元 25參數回授資料流 26被監視端訊息警報器 19 M320813 27被監視端操縱器 28影像傳輸頻寬

Claims (1)

1. M320813 九、申請專利範圍： 1· 一種訊號擷取壓縮與轉換處理系統，其勹人 一平面直角顯示控制器單元， 、 視訊信號來源，並輸出一顯示介“複數種類比 -二！=縮與轉換處理器’其與:平面直角顯 不控制裔早7G相接，包含·· 巧*、、、貝 =擬顯示介面單元，其接收該顯 並將其轉換為一連續視訊晝面訊號， 勒汛就 -連續視訊晝面訊麵，其接 晝面訊號並將錢縮為—連續視訊晝面_資料見訊 一資料暫存區緩衝單^ ’其接收該連續視訊 ㈣縮單元所產生之該連續視訊晝面__，訊 一輸出/入單元，其透過一 巴 收該連續視㈣面㈣資料麵錢接 一：：處理器控制界面單元’其與該虛擬顯示介面 衝二5:Γ:晝面訊賴縮單元、該資料暫存區緩 單元及—參數回授收集單元相接， 元、報料該中央處理器控制界面軍 數回授一被監視端操縱器、該參 护制”直㈣示㈣料元相接，以 二t:直角顯示控制器單元，進而接收該被監視端 之訊息，調整回授操控參細及控制該平面 控制器單元與操控該被監視端操縱器，且經由 Μ X心㈣界面單S ’以控制該訊號擷取堡縮與 21 M320813 轉換處理器。 2·如申請專利範圍第1項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 糸統’其中，該平面直角顯示控制器單元包含一視訊# 號多工選擇器，以從該些類比視訊信號來源選擇所欲處 理的類比視訊信號。 3·如申請專利範圍第丨項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 系統，其中，該些類比視訊信號包含一影像繪圖陣列訊

   5虎、一數位視訊介面訊號或/視訊彳§ 5虎。 4·如申請專利範圍第1項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 系統，其中，該輸出/入單元為一乙太網路或一 USB介 面。 5·如申請專利範圍第1項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 系統’其中’該連續視訊晝面訊號壓縮單元為一資料壓 縮晶片或軟體演算法單元。 •如申明專利範圍第1項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 系統’其中’該連續視訊晝面訊號壓縮單元為一 JPEG 了影像^縮單元或„MPEG$像壓縮單元。 專利乾圍第1項所述之訊號擷取壓縮與轉換處理 ^ /、中該平面直角顯示控制器單元為一 IC。 22