专利名称：低带宽传输数字高清信号的系统、方法及网络多媒体电视的制作方法
技术领域：
本发明属于多媒体技术领域，尤其涉及一种低带宽传输数字高清信号的系统、方法及网络多媒体电视。
背景技术：
随着互联网和数字电视的日益普及及三网融合，互联网电视浮出水面。各网络运营商，各大媒体，家电生产商都参与其中，并且相继推出了自己的服务及产品，互联网电视成为一种趋势。网络传输中，高品质的音视频信号和低带宽占用是一对矛盾，高品质音视频信号的传输，意味着必须占用相对更多的带宽。解决这一矛盾的方法，就是采用高效的音视频压缩编码技术。在保证音视频质量的前提下，高的压缩比，是信源编码技术所追求的，比如，高压缩率的H. 264/MPEG4AVC编码，可以使一个HDTV节目的数据率，由MPEG2的15_16Mbps下降到6-7Mbps，而节目质量相同。在目前的主流网络带宽2Mbps的情况下，传输高清节目存在困难，即便随着网络宽带化建设的加快，主要城市宽带速率普遍达4Mbps左右时，要传输高清信号，还是存在一定困难。因此，需要一种新的传输数字高清信号的系统及方法以解决上面存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低带宽传输数字高清信号的系统、方法及网络多媒体电视，以解决现有网络环境下存在的信号质量与带宽占用之间的矛盾，即低带宽不能传输数字高清信号的问题。本发明是这样实现的，一种低带宽传输数字高清信号的系统，包括网络存储器、码率检测系统、抽帧处理单元、用户带宽检测系统和网络多媒体电视，所述网络存储器用于存储片源，所述码率检测系统用于对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标；所述抽帧处理单元用于对高清片源进行抽帧，降低码率，作为低帧高清片源存储于网络存储器；所述用户带宽检测系统用于对用户带宽的检测，提供适合用户带宽环境的不同质量的信源， 供在线播放或下载；所述网络多媒体电视对所接收到的信号解码，并通过基于运动估计及补偿帧速率转换上变换，在原始帧之间插入过渡帧。本发明采取的技术方案还包括所述码率检测系统检测片源为高清片源，则将所述片源存储至网络存储器作为原始高清片源，所述码率检测系统检测片源为标清片源，则不作处理，直接存储至网络服务器。本发明采取的技术方案还包括所述网络多媒体电视包括解码模块、图像缩放及帧复制模块、运动估计及补偿模块、显示模块，所述解码模块对于接收到的来自于网络的低帧高清信源进行解码，所述图像缩放及帧复制模块对解码后的信号进行图像缩放以及低复制等处理后，将信号输出至运动估计及补偿模块，所述运动估计及补偿模块对信号进行检测，剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号，通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入过渡帧，并将信号进行上变换处理，输入给显示模块进行显示。本发明采取的另一技术方案为一种低带宽传输数字高清信号的方法，包括步骤a、终端连接服务器并开始缓冲；步骤b、检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否达到直接播放高清片源的条件，如果是，则直接传送未压缩的高清片源，如果否，则进入步骤c ；步骤C、检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否达到播放低帧高清片源的条件，如果是，则传送经过抽帧处理的高清片源，如果否，则进入步骤d ；步骤d、服务器传送经标清片源到终端。本发明采取的技术方案还包括所述步骤c中，抽帧处理具体为码率检测系统用于对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标，对于高清片源通过抽帧处理单元对其进行抽帧，降低码率，作为低帧高清片源存储于网络存储器。本发明采取的技术方案还包括所述抽帧处理单元对高清片源进行抽帧处理，降低码率至4Mbps以下。本发明采取的技术方案还包括所述抽帧处理单元对高清片源进行抽帧处理，抽帧压缩的过程中，减少P帧与B帧的数量，I帧的数量不变。本发明采取的技术方案还包括所述步骤c还包括终端接收经过抽帧处理的高清片源时，对所接收到的信号解码，并通过基于运动估计及补偿的帧速率转换上变换，在原始帧之间插入过渡帧。本发明采取的又一技术方案为一种网络多媒体电视，包括解码模块、显示模块、 图像缩放及帧复制模块和运动估计及补偿模块，所述解码模块对于接收到的来自于网络的信源进行解码，所述显示模块用于将信号转换成图像进行显示，所述图像缩放及帧复制模块用于对解码后的信号进行图像缩放以及低复制处理；所述运动估计及补偿模块用于对信号进行检测，剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号，通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入过渡帧，并将信号进行上变换处理，输入给显示模块进行显示。本发明的有益效果在于本发明通过在信源端对原始信源帧率的降低，降低码率， 保证图像质量基本不变，来达到节省传输带宽的目的；在显示终端，通过基于ME/MC(运动估计及补偿)的FRC (帧速率转换)上变换，在原始帧之间插入过渡帧，使画面流畅，弥补帧率降低带来的运动画面抖动问题；本发明在基本不改变原始信源图像质量的前提下，缓解信号质量与带宽占用之间的矛盾，实现了低带宽占用的高清度传输，实现了在线高清播放。
图1是本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的系统的工作原理图。图2是本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的方法服务器端自动进行抽帧处理的流程图。图3是本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的方法服务器端自动分发片源的流程图。图4是本发明实施例网络多媒体电视的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参阅图1，本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的系统的工作原理图。本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的系统包括码率检测系统、抽帧处理单元、网络存储器、用户宽带检测系统以及网络多媒体电视。其中，码率检测系统、抽帧处理单元、网络存储器和用户宽带检测系统可以位于服务器端，也可以是单体存在的一个实体。码率检测系统用于对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标，对于高清片源，将该片源存储至网络存储器作为原始高清片源；另外，对于高清片源还通过抽帧处理单元对其进行抽帧，降低码率至4Mbps以下，作为低帧高清片源存储于网络存储器的不同单元，供带宽在4Mbps的用户在线播放或下载；对于小于2Mbps的片源，即标清片源，因目前的大部分网络已经可以传输，因此不作处理，直接存储至网络服务器，供在线播放或下载。用户带宽检测系统对用户带宽的检测，提供适合用户带宽环境的不同质量的信源，供在线播放或下载。对于4Mbps 带宽用户，可以接收经过抽帧处理单元抽帧的低帧率高清信号，实现较低带宽条件下的高清传输与在线播放。对于部分地区的网络环境较好，数据传输带宽可以达10-20Mbps的用户，可以接收未经抽帧原始的高清片源。网络多媒体电视接收信号，对所接收到的信号解码，并通过基于ME/MC (motion estimation/motion compensation,运云力估计及补偿)的 FRC (Frame rate Conversion，帧速率转换)上变换，在原始帧之间插入过渡帧，使画面流畅，弥补帧率降低带来的运动画面抖动问题。ME/MC (motion estimation/motion compensation,运动估计及补偿)技术，是通过对运动物体实行运动检测，生成运动矢量，进而产生补偿帧，在原有画面显示中，增加一帧或几帧运动补偿帧，帧率的降低，并没有降低了每一帧的图像质量，而帧率的减小造成的画面跳动感，可以通过接收端的ME/MC插补和帧率上变换，得以弥补，使画面平滑，这样就弥补了在信号端由于帧率降低造成画面抖动不连贯的问题。在本发明实施例中，对于原始的数字高清信号，保证图像质量基本不变的情况下， 通过抽帧，降低码率，以降低传输的数据带宽。帧率越大，画面越流畅；帧率越小，画面越有跳动感。如果码率为变量，则帧率也会影响体积，帧率越高，每秒钟经过的画面越多，需要的码率也越高，体积也越大。在压缩的码流中，一般分为I帧、P帧和B帧，I帧与P帧的体积比较大，B帧的体积比较小。以帧率为30fps的码流为例，如果将帧率降低至15fps，在抽帧压缩的过程中，减少的是P帧与B帧，I帧的数量不变，抽帧后的码流可降低至原码流的60%。以720P/30帧的码流为例，原始的码流一般为4-6Mbps，经过抽帧压缩后可降至 2. 4-3. 6Mbps。这样，就达到了在图像质量基本不变的情况下，节省数据传输带宽的目的。请参阅图2，为本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的方法服务器端自动进行抽帧的处理流程图，其包括以下步骤S201、服务器接收到上传的片源或码流；S202、服务器码率检测系统对片源的码率进行检测，如果码率超过服务器所设定范围，该此范围由服务器管理人员或者用户根据实际需求所定)、，判断片源的码率是否低于标清片源的码率，如果是执行步骤S203，否则执行步骤S204 ；S203、直接存储至网络服务器第一位置，网络服务器位置专用于存贮标清片源；S204、将码率高于标清片源的高清片源存储至网络服务器位置二，专用于存贮高清片源；S205、对码率高于标清片源的高清片源进行抽帧压缩处理；S206、将抽帧压缩处理后的高清片源存储至网络服务器位置三，专用于存贮经过抽帧处理的高清片源。请参阅图3，为本发明实施例的低带宽传输数字高清信号的方法网络服务器端自动分发片源的流程图，包括以下步骤S301、终端连接到服务器并开始缓冲；S302、服务器检测系统检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否可达直接播放高清片源的条件，如果是执行步骤S303，否则执行步骤S304 ；S303、终端继续缓冲连接的片源，并直接播放高清片源；S304、服务器检测系统检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否可达播放低帧高清片源的条件，如果是执行步骤S305，否则执行步骤S306 ；S 305、服务器传送经过抽帧压缩处理的片源；S306、服务器传送标清片源到终端。其中，服务器在进行压缩时，如果对标清片源进行同样的处理，则对于带宽低于标清码流时，可以传送更低码流的片源。请参阅图4，为本发明实施例的网络多媒体电视的结构示意图。本发明实施例的网络多媒体电视包括解码模块、图像缩放及帧复制模块、运动估计及补偿模块和显示模块。 解码模块对于接收到的来自于网络的低帧高清信源进行解码，图像缩放及帧复制模块对解码后的信号进行图像缩放以及低复制等处理后，将信号输出至运动估计及补偿模块。运动估计及补偿模块对信号进行检测，剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号，通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入几帧的过渡帧，并将信号进行上变换处理，输入给显示模块进行显示。本发明实施例的网络多媒体电视工作原理为接收输入低帧(如15帧)高清信源，经解码模块解码为50/60HZ (50帧/60帧)的LVDS信号，再由图像缩放及帧复制模块对已解码的信号进行图像缩放和帧复制处理，并输出至运动估计及补偿模块；由于这种帧复制只是重复前帧，并没有产生新的帧，因此经过帧复制的信号的运动性能没有改变，依然会有画面抖动，不连贯问题；运动估计及补偿模块对50/60HZ (50帧/60帧)的LVDS信号进行检测， 剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号，再通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入几帧的过渡帧，将50/60HZ (50帧/60帧)的信号变换为100/120Hz (100帧/120帧)信号，通过抽帧降低数据传输带宽，通过接收端的运动估计及补偿模块插补，补回抽掉的帧，这样就完成了在基本不改变原图像质量的前提下，低带宽传输高清晰度信号，再输出给显示模块显示画面。此时插入的是经过运动估计及补偿的新的过渡帧，因此，画面流畅。本发明通过在信源端对原始信源帧率的降低，降低码率，保证图像质量基本不变， 来达到节省传输带宽的目的；在显示终端，通过基于ME/MC (运动估计及补偿)的FRC(帧速率转换)上变换，在原始帧之间插入过渡帧，使画面流畅，弥补帧率降低带来的运动画面抖动问题；本发明在基本不改变原始信源图像质量的前提下，缓解信号质量与带宽占用之间的矛盾，实现了低带宽占用的高清度传输，实现了在线高清播放。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种低带宽传输数字高清信号的系统，包括网络存储器，所述网络存储器用于存储片源，其特征在于，还包括码率检测系统用于对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标； 抽帧处理单元用于对高清片源进行抽帧，降低码率，作为低帧高清片源存储于网络存储器；用户带宽检测系统用于对用户带宽进行检测，提供适合用户带宽环境的不同质量的信源，供在线播放或下载；网络多媒体电视对所接收到的信号解码，并通过基于运动估计及补偿帧速率转换上变换，在原始帧之间插入过渡帧，并进行显示。
2.如权利要求1所述的低带宽传输数字高清信号的系统，其特征在于，所述码率检测系统检测片源为高清片源，则将所述片源存储至网络存储器作为原始高清片源，所述码率检测系统检测片源为标清片源，则不作处理，直接存储至网络服务器。
3.如权利要求1或2所述的低带宽传输数字高清信号的系统，其特征在于，所述网络多媒体电视包括解码模块、图像缩放及帧复制模块、运动估计及补偿模块、显示模块，所述解码模块对于接收到的来自于网络的低帧高清信源进行解码，所述图像缩放及帧复制模块对解码后的信号进行图像缩放以及低复制处理，并将信号输出至运动估计及补偿模块，所述运动估计及补偿模块对信号进行检测，剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号，通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入过渡帧，并将信号进行上变换处理，输入给显示模块进行显7J\ ο
4.一种低带宽传输数字高清信号的方法，包括 步骤a、终端连接服务器并开始缓冲；步骤b、检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否达到直接播放高清片源的条件，如果是，则直接传送未压缩的高清片源，如果否，则进入步骤c ；步骤C、检测终端的连接、下载速度，判断数据传输带宽是否达到播放低帧高清片源的条件，如果是，则传送经过抽帧处理的高清片源，如果否，则进入步骤d ； 步骤d、服务器传送经标清片源到终端。
5.如权利要求4所述的低带宽传输数字高清信号的方法，其特征在于，所述步骤c中， 抽帧处理具体为码率检测系统对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标，对于高清片源通过抽帧处理单元对其进行抽帧，降低码率，作为低帧高清片源存储于网络存储器。
6.如权利要求5所述的低带宽传输数字高清信号的方法，其特征在于，所述抽帧处理单元对高清片源进行抽帧处理，降低码率至4Mbps以下。
7.如权利要求5所述的低带宽传输数字高清信号的方法，其特征在于，所述抽帧处理单元对高清片源进行抽帧处理，抽帧压缩的过程中，减少P帧与B帧的数量，I帧的数量不变。
8.如权利要求4或5所述的低带宽传输数字高清信号的方法，其特征在于，所述步骤c 还包括终端接收经过抽帧处理的高清片源时，对所接收到的信号解码，并通过基于运动估计及补偿的帧速率转换上变换，在原始帧之间插入过渡帧。
9.一种网络多媒体电视，包括解码模块和显示模块，所述解码模块对于接收到的来自于网络的信源进行解码，所述显示模块用于将信号转换成图像进行显示，其特征在于，还包括图像缩放及帧复制模块用于对解码后的信号进行图像缩放以及低复制处理； 运动估计及补偿模块用于对信号进行检测，剔除其中的复制帧，提取出原始帧信号， 通过运动估计及补偿，在原始帧中间插入过渡帧，并将信号进行上变换处理，输入给显示模块进行显示。
全文摘要
本发明提供了一种低带宽传输数字高清信号的系统、方法及网络多媒体电视。本发明的低带宽传输数字高清信号的系统包括网络存储器、码率检测系统、抽帧处理单元、用户带宽检测系统和网络多媒体电视，所述网络存储器用于存储片源，所述码率检测系统用于对片源的码率进行检测，判断片源的码率是否超标；所述抽帧处理单元用于对高清片源进行抽帧，降低码率；所述用户带宽检测系统用于对用户带宽的检测，提供适合用户带宽环境的不同质量的信源；所述网络多媒体电视对所接收到的信号解码，并通过基于运动估计及补偿帧速率转换上变换，在原始帧之间插入过渡帧。本发明的有益效果在于通过本发明的实施可以在基本不改变原始信源图像质量的前提下，缓解信号质量与带宽占用之间的矛盾，实现了低带宽占用的高清度传输，在线高清播放。
文档编号H04N7/26GK102348117SQ201010244259
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者付遥远, 张晓东, 李剑, 杨福军 申请人:Tcl集团股份有限公司, 深圳Tcl新技术有限公司