基于变换域传输高清视频的方法技术

本发明专利技术提出在变换域传输高清视频的方法，作为本发明专利技术的一个特征，在高清视频发端，采用多维变换将高清视频转换到变换域。将获得的变换域系数通过离散时间、连续值或准连续值调制，优选地通过时域中的多址复用信道中，并行地传输到高清视频收端。

Method for transmitting high-definition video based on transform domain

The invention provides a method for transmitting high-definition video in a transform domain. As a feature of the present invention, high-definition video is converted to a transform domain by using multidimensional transformations at the beginning of high-definition video. The transformed domain coefficients are modulated by discrete, continuous or quasi continuous values, preferably transmitted to the high-definition video receiver in parallel via a multiplexed channel in the time domain.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于变换域传输高清视频的方法本申请引用2014年5月30日向美国专利局递交的临时专利申请62，005，396。
本专利技术涉及视频监控系统、电视广播系统、机器视觉系统、虚拟现实系统、增强现实系统及其他视频系统的视频传输。
技术介绍
视频传输是很多系统和应用的基础组成部分和功能。在一个典型的高清监控系统中，多个高清摄像头通过线缆与一个录像机相连。每个摄像头通过连接线缆至少传输一路高清视频到录像机。录像机通常立即显示来自摄像头的现场视频，以监视摄像头现场视野中的现场实景，同时也将现场视频录像，并播放录像。历史上，视频传输是从模拟传输开始的。闭路电视监控系统采用在同轴电缆上传输CVBS(复合视频基带与同步)信号，成为一个全世界部署的有线模拟视频传输系统。模拟传输采用模拟调制传输源视频。该源视频是一个时间上和垂直上离散取样、水平上连续、幅度上连续的3维信号。通过电视光栅扫描方式，该源视频信号被转换成时间上连续、幅度上连续的一个模拟信号，如CVBS信号，用于多种多样的传输。随着数字技术的巨大进步，数字视频传输在许多应用中已经取代了或正在取代模拟传输。现有视频监控系统采用多种高清视频传输方法，通过线缆从摄像头向录像机传输高清视频。在一个典型的高清IP(互联网协议)视频监控系统中，百万像素级的高清IP摄像头采用如H.264那样的重度视频压缩技术，把数字高清源视频压缩成大约10Mb/s或更低比特率的数字式数据。压缩高清视频的数据包装到IP包中，通过以太网电缆传输到网络视频录像机。通过以太网电缆以IP包传输高清视频具有众所周知的缺点。首先，传输距离受限于100米。第二，重度压缩导致图像质量损失。第三，以IP包传输的视频帧产生长延迟和可变延迟，导致视频损失及时性和平滑流动性。第四，IP技术的复杂性导致安装、运营和维护成本高。很多应用采用无压缩数字视频传输方法。与高清IP摄像头相反，高清SDI(串行数字接口)摄像头通过同轴电缆传输专业级高质量的无压缩数字高清视频。然而，鉴于其极高比特率和非优化调制，高清SDI的典型传输距离也限制在100米左右。高清IP摄像头和高清SDI摄像头都采用数字传输。数字视频传输先把数字源视频，即时间上、水平上和垂直上离散、幅度上离散的3维信号，表达成数字式数据，再采用多种数字调制方法，以时间上离散、幅度离散的数字传输信号传输数字式数据。采用100base-TX模式的快速以太网接口的IP摄像头，以3个离散电平的脉冲信号来传输数字式数据。其他采用1000base-TX模式的千兆以太网接口的IP摄像头，以5个离散电平的脉冲信号来传输数字式数据。这些传输数字式数据的离散信号值，如离散电平值，称为星座。数字接收机需要根据含有噪声和干扰的接收信号判决发送的离散信号值。通常，随着传输距离加大到一定长度，判决出错和数字比特误码迅速增加，变成不可使用。这称为数字悬崖效应。虽然数字传输具有可以采用包括高效数字压缩和数字调制的先进数字处理技术的优势，达到高效，然而其从内在本质上受到数字悬崖效应的损伤。相反地，模拟视频传输采用模拟调制，产生时间上连续和幅度上连续的信号，没有无星座，接收端无需判决，因而没有数字悬崖效应，具有能平滑渐变降低质量的优秀特性。这称为渐变降质。为了寻找长距离、低成本的传输方法，业内又将模拟传输复活，用于高清传输。专利【1】【2】中最近公开的方法采用高清模拟复合视频传输，称为HD-CVI。与CVBS信号相似，亮度图像经光栅扫描方式转换成亮度信号，在基带传输。两个色度图像经光栅扫描方式转换成两个色度信号，再经过正交幅度调制(QAM)后，在高频通带传输。与CVBS不同的是，高频通带的色度信号频谱位于基带亮度信号频谱之上，与基带亮度频谱不重叠。HD-CVI能在300到500米的同轴电缆上传输高清模拟复合视频。基于模拟视频传输的本性，HD-CVI能以渐变下降的质量穿过电缆。然而，模拟视频传输方法没有采用数字处理技术的优势，其性能大为受限。首先，源视频具有很强的空间和时间相关性和冗余，这已获公认。当HD-CVI方法通过光栅扫描方式无压缩地直接将二维空间图像信号转化为一维时间信号，没有利用相关性和冗余来提高传输的视频质量。与之相对，已经建立的各种数字图像压缩技术，包括JPEG，JPEG200，H.264帧内编码等，都利用空间相关性和冗余，只使用无压缩图像的一小部分比特率，就获得较高质量的重建图像。然而，这些数字压缩技术自然不提供模拟视频传输方法的渐变降质的优秀特性。其次，现代通信已发展出高效调制技术，如OFDM(正交频分复用调制)，能更好地对抗信道对传输信号的损伤，也未被模拟传输方法采用。因此，需要新的方法来传输高清视频，提供渐变降质的优秀特性，并能够利用源视频的相关性和冗余以及高效率的调制技术，能高质量长距离地传输视频。
技术实现思路
本专利技术提出在变换域传输高清视频的方法。作为本专利技术的一个特征，在高清视频发端，采用多维变换将高清视频转换到变换域。将获得的变换域系数通过离散时间连续值或准连续值调制，优选地通过时域中的多址复用信道中，并行地传输到高清视频收端。在本专利技术的一个实施例中，在视频发端，对高清源视频的每个视频帧图像采用2D-DCT(二维离散余弦变换)。根据OFDMA(正交频分多址)的多址复用接入方案，将得到的DCT系数分配到OFDM符合的子载波上。通常通过IFFT(快速傅立叶反变换)，将OFDM符号转换到时域，将所得到的时域信号通过信道传输到高清视频收端。这种方法被称为DCT-OFDMA传输方法。从理论上讲，在DCT-OFDMA传输方法的DCT系数的值可以根据图像信号而连续变化。当DCT-OFDMA传输方法用于传输时间和空间上离散采样、但连续取值的3维源视频(称为抽样视频)时，DCT-OFDMA方法产生连续取值的DCT系数。因此，与常规的数字OFDM调制相反，DCT-OFDMA传输方法中分配到子载波、并调制子载波的值，也就是DCT系数，是可以连续取值的，没有任何方式的星座。这种OFDM子载波称为连续OFDM子载波。在DCT-OFDMA传输的方法中的这种OFDM调制方法称为连续OFDM调制。在时域，连续OFDM调制产生时间上离散但连续取值的传输信号。当抽样视频满足Nyquist采样定理的要求时，可以用采样视频无任何失真地重建原始模拟视频。因此，DCT-OFDMA方法在连续调制时，等效为一种新的模拟视频传输方法，可被视为相应的新的模拟传输方法的离散实现。实际上，DCT-OFDMA方法通常用于传输数字源视频。当抽样视频被转换为数字视频时，由于连续取值的像素通常被高精度量化，数字像素值是连续像素值的数字近似，虽然数学上数字像素值是离散取值的，但在一定的工程意义上是近似于连续取值。例如，当量化噪声低于人类视觉阈值时，高精度的数字视频可以在视觉上与原始模拟源视频不能区分。再例如，当原始模拟视频的量化噪声接近或低于接收机本底噪声时，经过传输后，数字视频达到或接近与模拟视频几乎等同的性能。近似连续取值的数字信号是连续取值信号的数字近似，被称为准连续取值的数字信号，或准连续数字信号。此外，一个准连续值也可由涉及一个或多个准连续值的运算而产生。因此，当数字像素是准连续值时，DCT-OFDMA方法产生准连续值的DCT系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输视频的方法，其特征在于，该方法包括：划分步骤，将视频的像素划分成一个或多个变换块；变换步骤，将每个变换块变换成一个变换系数块；映射步骤，将变换系数映射成一个或多个待调制信号帧；调制步骤，将每个待调制信号帧调制成一个传输信号帧；其中，视频包括但不限于像素值连续取值的抽样视频和像素值准连续取值的数字视频；其中，每个变换块包括多个视频像素，其中，每个变换系数块包括多个变换系数，其中，每个待调制信号帧至少包括一个连续取值或准连续取值的变换系数，其中，每个传输信号帧包括多个离散时间、连续取值或准连续取值的信号样本，以待在时域顺序发送。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.30 US 62/005,3961.一种传输视频的方法，其特征在于，该方法包括：划分步骤，将视频的像素划分成一个或多个变换块；变换步骤，将每个变换块变换成一个变换系数块；映射步骤，将变换系数映射成一个或多个待调制信号帧；调制步骤，将每个待调制信号帧调制成一个传输信号帧；其中，视频包括但不限于像素值连续取值的抽样视频和像素值准连续取值的数字视频；其中，每个变换块包括多个视频像素，其中，每个变换系数块包括多个变换系数，其中，每个待调制信号帧至少包括一个连续取值或准连续取值的变换系数，其中，每个传输信号帧包括多个离散时间、连续取值或准连续取值的信号样本，以待在时域顺序发送。2.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，还包括从每个变换块产生一个残差变换块，其包括：对每个变换块产生一个预测块；从为其产生预测块的该变换块中减去该预测块；其中，变换步骤将每个残差变换块变换成一个变换系数块。3.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，还包括从每个变换系数块产生一个残差变换系数块，其包括：对每个变换系数块产生一个预测系数块；从为其产生预测系数块的该变换系数块减去该预测系数块，其中每个残差系数块包括多个残差变换系数，其中映射步骤将残差变换系数映射成一个或多个待调制信号帧。4.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，其中每个传输块包括一个2维变换块，该2维变换块是一个矩形像素块或正方形像素块，其宽度是W像素，高度是H像素，这里W和H是大于1的正整数，其中划分步骤将视频划分成一个或多个视频帧，并进一步将每个视频帧的图像划分为一个或多个2维变换块，其中变换步骤用一个变换将每个2维变换块变换成一个变换系数块。5.根据权利要求4所述的一种传输视频的方法，其特征在于，所述的变换包括但不限于2维离散余弦变换，2维离散小波变换，2维离散傅立叶变换。6.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，其中每个传输块包括一个3维变换块，该3维变换块是一个长方体像素块或正方体像素块，其宽度是W像素，高度是H像素，长度是L像素，这里W，H和L是大于1的正整数，其中划分步骤将视频划分成一个或多个视频段，所述每个视频段包括时间上相连的多个视频帧，并进一步将每个视频段划分为一个或多个3维变换块，其中变换步骤用一个变换将每个3维变换块变换成一个变换系数块。7.根据权利要求6所述的一种传输视频的方法，其特征在于，所述的变换包括但不限于3维离散余弦变换，3维离散小波变换，3维离散傅立叶变换。8.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，进一步包括：数字量化步骤，根据一个或多个量化表，将每个变换系数块的变换系数作数字量化，该量化表包括一个或多个量化步长，该量化步长是正实数，该数字量化包括以下步骤：将每个变换系数除以量化表中的一个量化步长；用包括但不限于四舍五入的方法，将所得结果转变为整数。9.根据权利要求1所述的一种传输视频的方法，其特征在于，进一步包括：数字置零步骤，根据一个或多个量化表，将每个变换系数块中的变换系数作数字置零，该量化表包括一个或多个量化步长，该量化步长是正实数，该数字置零包括以下步骤：幅度小于某一个量化表的某一个量化步长的每个变换系数被置零；每个幅度不小于该量化表的该量化步长的每个变换系数保持不变。10.根据权利要求1所述一种传输视频的方法，其特征在于，近一步包括：归一化步骤，对变换系数作归一化，其包括以下步骤：将变换系数组成一个或多个归一化区，每个归一化区包括多个变换系数；将每个归一化区的每个变换系数乘以一个拉伸因子，该拉伸因子是...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仕东，
申请(专利权)人：陈仕东，
类型：发明
国别省市：美国,US