專利名稱：數(shù)字視頻信號低延時編解碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻信號編解碼領(lǐng)域，具體來說是指一種以低延時方式采集并編碼數(shù)字視頻信號和解碼并顯示數(shù)字視頻信號的裝置。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的基于模擬的視頻信號處理方法正逐漸被基于數(shù)字的視頻信號處理方法所取代。在視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域這種情況更加明顯。相對于模擬視頻監(jiān)控技術(shù)，數(shù)字視頻監(jiān)控具有傳輸帶寬低、易于存儲和管理、便于加密與內(nèi)容保護和實施成本低等諸多優(yōu)點。但是，在視頻信號的數(shù)字化過程中也引入了一些缺陷，其中一個重要的缺陷是端到端延時的增加。在模擬視頻監(jiān)控技術(shù)中，視頻信號從采集、發(fā)送、傳輸、接收和顯示都是以模擬信號的方式進行，整個處理環(huán)節(jié)引入的延時非常小，一般在10毫秒以下，在短距離傳輸下，甚至可以達(dá)到接近0毫秒的無延時狀態(tài)；但是在數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)中，從采集、編碼、發(fā)送、傳輸、接收、解碼和顯示都是以數(shù)字信號的方式進行處理的，而數(shù)字化處理引入的延時要大于模擬化處理引入的延時。由于受編碼器裝置和解碼器裝置操作時間的限制，一個標(biāo)準(zhǔn)清晰度分辨率的數(shù)字編碼/解碼裝置系統(tǒng)，其總體延時一般要大于150毫秒。延時的增大會帶來諸如實時監(jiān)控響應(yīng)速度、用戶云臺調(diào)整手感等問題，進而影響用戶對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的認(rèn)可。因此，減少數(shù)字化過程中額外引入的延時，正成為本技術(shù)領(lǐng)域工程人員非常關(guān)注的一個技術(shù)問題，本發(fā)明也將對系統(tǒng)中各個裝置工作原理及其延時情況進行詳細(xì)介紹。
數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分就是對數(shù)字視頻信號的編碼壓縮和解碼解壓縮處理。采集得到的數(shù)字視頻信號要使用國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.26X或者MPEG-X系列編碼方法進行編碼，編碼后的數(shù)據(jù)再通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，接收端再對接收到的編碼數(shù)據(jù)進行解碼并顯示。實現(xiàn)編解碼算法的裝置，一般可以分為五種。具體包括通用處理器、嵌入式處理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片、FPGA(Field ProgrammableGate Array)和DSP(Digital Signal Processor)芯片。無論是那種裝置來實現(xiàn)編解碼算法，由于受限于目前集成電路技術(shù)水平，編解碼裝置的操作時間一般要在10毫秒這個數(shù)量級。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的另外兩部分，采集器和顯示器，都是行業(yè)內(nèi)公知的標(biāo)準(zhǔn)化配件，其延時也都在10毫秒這個數(shù)量級。而網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器及其數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上傳輸?shù)难訒r則受載波物理形式和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等因素影響。下面再對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整個運行過程作進一步介紹。
采用傳統(tǒng)編解碼裝置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，依次由攝像器件110、采集器120、編碼器130、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器140、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備150、網(wǎng)絡(luò)接收器160、解碼器170、顯示器180和顯示屏幕190構(gòu)成，其完整的操作過程為攝像器件110輸出連續(xù)的視頻畫面，采集器120采集攝像器件110輸出的視頻畫面，并且存放在采集器120內(nèi)部的物理存儲介質(zhì)中，采集器120采集的視頻畫面是由大量的視頻像素點陣組成的。視頻像素點陣的采集或者顯示順序如圖2所示。圖2中的黑色圓點表示視頻像素，箭頭表示視頻像素點陣采集或者顯示的時間順序。編碼器130編碼采集器120采集得到的視頻畫面，并且把編碼后得到的編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器140，網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器140再把編碼數(shù)據(jù)通過載波信號的方式發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備150，在接收到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備150發(fā)送過來的載波信號并轉(zhuǎn)換成已編碼數(shù)據(jù)后，網(wǎng)絡(luò)接收器160把已編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給解碼器170，解碼器170解碼出視頻畫面并傳送給顯示器180，顯示器180最后把視頻畫面顯示到顯示屏幕190上。
以上運行方式可以由下面5個主要操作過程表示1)首先采集器采集一幅視頻畫面，采集完畢后，發(fā)送信號通知編碼器；2)編碼器接收到信號后，編碼壓縮這幅視頻畫面，得到編碼數(shù)據(jù)，編碼器再把編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器；3)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器把編碼數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，在接收端，網(wǎng)絡(luò)接收器接收到編碼數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)發(fā)給解碼器；4)解碼器解碼已編碼數(shù)據(jù)，恢復(fù)出先前被壓縮的視頻畫面；5)視頻畫面被送給顯示器顯示到屏幕上。
在上述的操作過程中，若定義采集器開始采集視頻畫面的時刻為tb，定義解碼后的視頻畫面被顯示到屏幕上的時刻為te，則進一步定義此數(shù)字視頻編解碼裝置的總延時為td＝tb-te。數(shù)字視頻編解碼裝置的操作可以分為上述5個環(huán)節(jié)，每個操作環(huán)節(jié)都需要操作時間，所有的操作時間之和就為td，即td又可以表示成t1+t2+t3+t4+t5。在數(shù)字視頻編解碼裝置的這種公開的傳統(tǒng)運行方式中，總延時為上述5個主要環(huán)節(jié)的操作時間之和。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，操作環(huán)節(jié)1)和操作環(huán)節(jié)2)的操作時間t1、t2是相當(dāng)?shù)幕蛘呤窃谝粋€數(shù)據(jù)級的；操作環(huán)節(jié)4)和操作環(huán)節(jié)5)的操作時間t4、t5是相當(dāng)?shù)幕蛘呤窃谝粋€數(shù)據(jù)級的；操作時間t3取決于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般使用的以太網(wǎng)或者專網(wǎng)中，操作時間t3的數(shù)量級和其他操作環(huán)節(jié)相當(dāng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種數(shù)字視頻信號低延時編解碼裝置。
一種數(shù)字視頻信號低延時編解碼裝置，包括用于采集視頻畫面并對采集到視頻畫面進行編碼的采集/編碼器；用于對編碼數(shù)據(jù)進行解碼并對解碼后的視頻畫面進行顯示的解碼/顯示器；采集/編碼器和解碼/顯示器通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接收器傳輸數(shù)據(jù)。
采用上述裝置對數(shù)字視頻信號進行編解碼的過程，包括以下步驟1)首先將要編碼的視頻畫面分為若干組視頻片段，每組片段由N行視頻像素點陣組成，采集/編碼器采集完畢預(yù)先指定的第一組視頻片段后開始進行編碼壓縮，編碼完畢上一組視頻畫面后，再判斷下一組視頻畫面是否采集完畢，若采集完畢，則繼續(xù)編碼下一組視頻片段，否則一直等待，直到可以編碼，至所有視頻片段編碼壓縮完成后，采集/編碼器將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器；2)解碼/顯示器接收到網(wǎng)絡(luò)接收器轉(zhuǎn)發(fā)過來的編碼數(shù)據(jù)后，進行解碼，并且將解碼出來的視頻畫面分為若干組視頻片段，每組片段由N行視頻像素點陣組成，解碼/顯示器解碼完畢預(yù)先指定的若干組視頻片段后就開始進行顯示。
其中N為16。
較傳統(tǒng)數(shù)字視頻信號編解碼裝置，本發(fā)明裝置的編碼裝置不是在采集器采集完畢一幅視頻畫面后再開始對視頻畫面進行編碼的，而是把視頻畫面分為L組，每組N行視頻像素點陣，在采集器采集完畢預(yù)先指定的第一組N行視頻像素點陣后就開始編碼壓縮的。在編碼完畢上一組N行視頻像素點陣后，再判斷下一組N行視頻像素點陣是否采集完畢，如果采集完畢，則繼續(xù)編碼下一組視頻像素點陣，否則一直等待，直到可以編碼。通過上述的操作方法，可以將傳統(tǒng)編碼裝置中的操作步驟1)和2)進行合并。若采集器采集N行視頻像素點陣的時間用t1N表示，編碼器編碼N行視頻像素點陣的時間用t2N表示。如果t1N＞t2N時，采集和編碼的總時間為t1+t2N，由于t2N遠(yuǎn)小于t1，因此上述操作的總時間可以近似表示為t1；如果t1N＜t2N時，采集和編碼的總時間為t1N+t2，由于t1N遠(yuǎn)小于t2，因此上述操作總時間可以近似表示為t2。綜合上面的表述，合并后的采集/編碼器操作的總時間可以表示為max(t1，t2)。
本發(fā)明裝置的解碼裝置也不是在解碼器解碼完畢一幅視頻畫面后再開始對視頻畫面進行顯示的，而是把視頻畫面分為L組，每組N行視頻像素點陣，在解碼器解碼完畢預(yù)先指定的m組N行視頻像素點陣后就開始顯示的。上述中m的取值范圍為大于等于1，但遠(yuǎn)小于L。m的取值受解碼器解碼的操作時間和顯示器顯示的操作時間這兩個因素決定。必須合理設(shè)置m的值。如果m設(shè)置的過小，會出現(xiàn)顯示器要顯示下一組N行視頻像素點陣時，解碼器還沒有解碼完畢這一組N行視頻像素點陣的情況。本發(fā)明所涉及的解碼器裝置能保證解碼N行視頻像素點陣的時間小于顯示器裝置顯示N行視頻像素點陣的時間，所以設(shè)置m為1。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，可以根據(jù)解碼器和顯示器兩個裝置的操作時間的大小比例關(guān)系，設(shè)置出一個合理的m值，使得顯示和解碼能正常地配合工作。通過上述的操作方法，可以把傳統(tǒng)解碼裝置中的操作步驟4)和5)進行合并。解碼器解碼N行視頻像素點陣的時間用t4N表示，而顯示器顯示N行視頻像素點陣的時間用t5N表示，并且t4N＜t5N。因為t4N＜t5N，解碼器解碼和顯示畫面的總時間表示為t5+t4N，由于t4N遠(yuǎn)小于t5，因此上述操作的總時間可以近似表示為t5。
由于網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器部分未作改動，其操作時間仍為t3。
綜上所述，本發(fā)明裝置編解碼的延時將減少為max(t1，t2)+t5，采用本發(fā)明裝置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總延時將減少為max(t1，t2)+t3+t5。
區(qū)別于傳統(tǒng)編解碼裝置以一幅完整的視頻畫面為操作單位進行編解碼，本發(fā)明裝置是以一幅視頻畫面中的N行視頻像素點陣作為操作單位進行編解碼的，實現(xiàn)采集和編碼同步，解碼和顯示同步，從而降低了數(shù)字視頻信號編解碼的延時。


圖1為采用傳統(tǒng)編解碼裝置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為視頻畫面的像素點陣構(gòu)成圖；圖3為采用本發(fā)明裝置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明編碼裝置的工作流程圖；圖5為本發(fā)明解碼裝置的工作流程圖；圖6為傳統(tǒng)編碼裝置的操作示意圖；圖7為本發(fā)明編碼裝置的操作示意圖；圖8為傳統(tǒng)解碼裝置的操作示意圖；圖9為本發(fā)明解碼裝置的操作示意圖。
具體實施例方式
圖3所示為一種采用本發(fā)明編解碼裝置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，包括攝像器件310、用于采集視頻畫面并對采集到視頻畫面進行編碼的采集/編碼器320、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器330、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備340、網(wǎng)絡(luò)接收器350、用于對編碼數(shù)據(jù)進行解碼并對解碼后的視頻畫面進行顯示的解碼/顯示器360和顯示屏幕370。本發(fā)明編解碼裝置將傳統(tǒng)數(shù)字視頻信號編解碼裝置的視頻采集器和編碼器在操作上合二為一成為采集/編碼器，將傳統(tǒng)數(shù)字視頻信號編解碼裝置的解碼器和顯示器在操作上合二為一成為解碼/顯示器。
圖4給出了本發(fā)明采集/編碼器的詳細(xì)操作流程圖。
如圖所示，首先將要編碼的視頻畫面分為L組視頻片段，每組片段由N行視頻像素點陣組成，采集/編碼器采集視頻畫面，當(dāng)采集完畢預(yù)先指定的第一組視頻片段后開始進行編碼壓縮，而且，在編碼這一組N行視頻像素的同時，采集/編碼器還在后臺繼續(xù)采集剩余的視頻像素點陣；編碼完畢上一組視頻片段后，再判斷下一組視頻片段是否采集完畢，若采集完畢，則繼續(xù)編碼下一組視頻片段，否則一直等待，直到可以編碼，至所有視頻片段編碼壓縮完成后，采集/編碼器將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器；采集/編碼器的操作時間由傳統(tǒng)采集器和編碼器獨立工作時需要的t1+t2減少到采集/編碼器并行工作時需要的max(t1，t2)。
圖5給出了本發(fā)明解碼/顯示器的詳細(xì)操作流程圖。
如圖所示，解碼/顯示器接收到編碼數(shù)據(jù)后，進行解碼。解碼/顯示器解碼完畢預(yù)先指定的m組視頻片段后，就開始進行顯示第一組N行視頻像素點陣，在啟動顯示后，解碼/顯示器繼續(xù)解碼剩余的視頻像素點陣。在顯示完畢N行視頻像素點陣后，判斷是否還存在下一組視頻像素點陣需要顯示，如果沒有了，說明本幅視頻畫面已經(jīng)顯示完畢，操作結(jié)束，否則的話，顯示器繼續(xù)顯示下一組視頻像素點陣。
由于本發(fā)明裝置解碼/顯示器能保證解碼N行視頻像素點陣的時間要小于顯示器顯示N行視頻像素的時間，所以系統(tǒng)參數(shù)m設(shè)置為1，并且顯示器要顯示下一組視頻像素點陣時，解碼器都已經(jīng)解碼完畢這一組視頻像素點陣。
解碼/顯示器的操作時間由傳統(tǒng)解碼器和顯示器獨立工作時需要的t4+t5減少到解碼/顯示器并行工作時需要的t5。
在本發(fā)明編解碼裝置中，一個重要的系統(tǒng)參數(shù)需要被決定，它即為N行視頻像素中的N這個參數(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，編解碼器內(nèi)部的操作方法要遵守國際編碼標(biāo)準(zhǔn)H.26X或者MPEG-X。在這些編碼標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定最小的編解碼處理單位為宏塊(MACROBLOCK)，宏塊由16×16的視頻像素點陣組成。所以在本發(fā)明編解碼裝置中，系統(tǒng)參數(shù)N設(shè)置為16。
通過圖6至圖8以及下面的文字進一步說明本發(fā)明所述編解碼裝置相對于傳統(tǒng)編解碼裝置在操作方式上的差別。
圖6所示為傳統(tǒng)編碼裝置對視頻畫面的操作方式。它是以一幅視頻畫面為操作單位在采集完畢一幅視頻畫面后，采集器通知編碼器開始編碼這幅視頻畫面，在編碼的同時，采集器繼續(xù)采集下一幅視頻畫面。圖7所示為本發(fā)明所述編碼裝置對視頻畫面的操作方式。它是以一段N行視頻像素點陣為操作單位在采集完畢一段N行視頻像素點陣后，編碼器就開始編碼這段視頻像素點陣，在編碼的同時，采集器繼續(xù)采集視頻畫面的剩余視頻像素點陣。通過對比圖6和圖7的不同操作方式可以知道，本發(fā)明是通過把傳統(tǒng)采集器、編碼器以視頻畫面為操作單位的幀間串行處理方式，改進成采集/編碼器以一段N行視頻像素點陣為操作單位的幀內(nèi)并行處理方式，從而減少了采集、編碼的處理延時。
圖8所示為傳統(tǒng)解碼裝置對視頻畫面的操作方式。它是以一幅視頻畫面為操作單位在解碼完畢一幅視頻畫面后，解碼器通知顯示器開始顯示這幅視頻畫面，在顯示的同時，解碼器繼續(xù)解碼下一幅視頻畫面。圖9所示為本發(fā)明所述解碼裝置對視頻畫面的操作方式。它是以一段N行視頻像素點陣為操作單位在解碼完畢一段N行視頻像素點陣后，顯示器就開始顯示這段視頻像素點陣，在顯示的同時，解碼器繼續(xù)解碼視頻畫面的剩余視頻像素點陣。通過對比圖8和圖9的不同操作方式可以知道，本發(fā)明是通過把傳統(tǒng)解碼器、顯示器以視頻畫面為操作單位的幀間串行處理方式，改進成解碼/顯示器以一段N行視頻像素點陣為操作單位的幀內(nèi)并行處理方式，從而減少了解碼、顯示的處理延時。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字視頻信號低延時編解碼裝置，包括用于采集視頻畫面并對采集到視頻畫面進行編碼的采集/編碼器(320)；用于對編碼數(shù)據(jù)進行解碼并對解碼后的視頻畫面進行顯示的解碼/顯示器(360)；采集/編碼器(320)和解碼/顯示器(360)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器(330)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(340)、網(wǎng)絡(luò)接收器(350)傳輸數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于對數(shù)字視頻信號進行編解碼的過程包括以下步驟1)首先將要編碼的視頻畫面分為若干組視頻片段，每組片段由N行視頻像素點陣組成，采集/編碼器采集完畢預(yù)先指定的第一組視頻片段后開始進行編碼壓縮，編碼完畢上一組視頻片段后，再判斷下一組視頻片段是否采集完畢，若采集完畢，則繼續(xù)編碼下一組視頻片段，否則一直等待，直到可以編碼，至所有視頻片段編碼壓縮完成后，采集/編碼器將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器；2)解碼/顯示器接收網(wǎng)絡(luò)接收器傳送的編碼數(shù)據(jù)后，進行解碼，并且將解碼出來的視頻畫面分為若干組視頻片段，每組片段由N行視頻像素點陣組成，解碼/顯示器解碼完畢預(yù)先指定的若干組視頻片段后就開始進行顯示。3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于N為16。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)字視頻信號低延時編解碼裝置，包括用于采集視頻畫面并對采集到視頻畫面進行編碼的采集/編碼器和用于對編碼數(shù)據(jù)進行解碼并對解碼后的視頻畫面進行顯示的解碼/顯示器；采集/編碼器和解碼/顯示器通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接收器傳輸數(shù)據(jù)。區(qū)別于傳統(tǒng)編解碼裝置以一幅完整的視頻畫面為操作單位進行編解碼，本發(fā)明裝置是以一幅視頻畫面中的N行視頻像素點陣作為操作單位進行編解碼的，實現(xiàn)采集和編碼同步，解碼和顯示同步，從而降低了數(shù)字視頻信號編解碼的延時。
文檔編號H04N7/26GK1976464SQ20061015513
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者陳耀武 申請人:陳耀武