Видеоконференции в сети INTERNET
Для устранений возможных искажений типа появления ложных элементов на границе объектов или смещения позиции, может применяться перефильтрация низкочастотным фильтром.
2.Изображение разбивается на макроблоки , для которых находятся вектора движения. Вектора движения для макрблоков могут быть только целочисленными и по абсолютной величине не превышать 15 пикселов.
3.Находятся ошибки предсказания движения.
4.Производится анализ информации о движении и принимается решение о способе кодирования макроблока.
5.В зависимости от результатов предыдущей стадии или исходный или разностный сигнал подвергается дискретному косинусному преобразованию
6.Осуществляется квантование коэффициентов ДКС, Z- упорядочивание, и кодирование кодами переменой длины. На этом этапе необходимо строить выходной поток данных , поддерживая заданное значение битового потока, для чего требуется специальный алгоритм выбора уровня квантования коэффициентов: если заполнение буфера оказывается больше заданной пороговой величины, то уменьшается точность передачи данных.
Кодирование I- блоков.
Процедура кодирования I-блоков похода на методику кодирования неподвижных блоков стандарт JPEG. Однако в отличии от JPEG уровень квантования может быть переменным, и коэффициент квантования подбирается кодером.
Кодирование Р-блоков.
Процедура кодирования Р-блоков гораздо сложнее процедуры кодирования неподвижных блоков. Кодер должен выбрать метод кодирования макроблока. В этом случае также стандарт не предписывает какого-либо алгоритма, оставляя это на разработчиков кодера
1.Принимается решение, следует ли использовать компенсацию движения, т.к. в случае отсутствия движения используется разность между текущим макроблоками и его несмещенным базовым макроблоком ( можно считать нулевым вектором движения). Достигается экономия за счет того, что вектор движения не передается. Для этого вычисляется сумма несмещенной разности между текущим макроблоков и его базовым макроблоком ( т.е. с нулевым вектором движения) D1., и та же сумма для разности с вектором движения, D2.На основании ряда численных экспериментов была получена эмпирическая крива выбора решения. Кривая имеет сложную форму в области небольших значения разностей, т. к. любое ложное движение фона, вызванное медленным движением перемещением объекта , является крайне нежелательным эффектом. , заметно ухудшающее визуальное изображение.
В Р- блоках вектор движения передается с помощью разностного кодирования, что обеспечивает значительную экономию для изображений с движением, вызванным перемещением камеры, в которых вектора движения для большинства микроблоков будут примерно одинаковы.
2. После получения информации об оптимальном варианте компенсации движения кодер решает, следует ли ее использовать (т. е. Использовать нулевой или ненулевой вектор движения и кодировать разностный сигнал) или кодировать исходный макроблок как I-блок. Это можно было бы сделать, сравнив количество бит, необходимое для передачи кодированной информации о макроблоке с компенсацией движения и без нее при том же коэффициенте квантования. Однако ввиду значительных вычислительных затрат на эту процедуру на основе численных экспериментов была получена эмпирическая кривая выбора решения о внутрикадровом или межкадровом кодирования на основе сравнения дисперсий текущего макроблока и разностного сигнала.
Дисперсия V1 для текущего макроблока вычисляется:
V1 =
,
А дисперсия V2 - - для разностного сигнала , полученного с учетом принятого решения о компенсации движения, т. е. С использование вектора движения (N,M), нулевого или ненулевого по формуле:
V1 =
X(i+n,j+m))/256
Для устранения блокинг -эффекта, связанного с компенсацией движения, может производится фильтрация. Фильтрация осуществляется только внутри блока и применяется как к яркостной , так и к цветоразностным компонентам. Фильтрация ошибок в кодере после компенсации движения дает лучшие результаты, чем постфильтрация в декодере.
4. После квантования принимается решение, следует ли изменять коэффициент квантования, установленный по умолчанию. Визуально восприятие изображения будет улучшаться, если применять переменный коэффициент квантования в зависимости от детальности в блоке и свойство зрительного анаизатора при их восприятии.
Промышленные стандарты призваны сделать видеоконференции столь же распространенными, как телефонная и факсимильная связь. Благодаря им системы поддержки видеоконференций разных производителей могут без проблем устанавливать связь между собой, как связываются между собой другие телекоммуникационные устройства.
Продукты, соответствующие стандартам ITU, позволяют любому абоненту связываться с любым другим абонентом. Стандарты, разработанные сектором стандартизации в области телекоммуникаций ITU (ITU-TSS, предыдущее название - CCITT), сделали для систем поддержки видеоконференций для ПК то, что сделали ранее выработанные стандарты "V.xx" и "Group-III" для модемов и факсимильных аппаратов - обеспечили совместимость изделий разных производителей в мировом масштабе.
Глава 3. Разработка структурной схемы устройства кодирования-декодирования
п. 3.1 Выбор элементной базы для абонентского устройства
конвертор видеофильтр кодер мультиплексер
конвертор видеофильтр декодер демультиплексер
Рис. 6.
В качестве демултиплексера выбираем микросхему фирмы GEC PLESSEY VP 2614.
Видео демультиплексор является частью набора микросхем для видеоконференций, видеотелефонии и мультимединых приложений. Используется для протокола Н. 261. Демультиплексор работает с входными данными до 4 Мбит/сек. Интерфейс разработан для декодера VP2615
Рассмотрим работу структурной схемы :
Рис. 7.
Это устройство извлекает из потока Н. 261. параметры, корректирующие ошибки, и коэффициенты ДКП
FRAME ALIGNMET:
непрерывный битовый поток Н.261 разбивается на кадры по 512 бит , первый бит каждого кадра является частью восьмибитового заголовка кадра. Для предотвращения ошибочного детектирования настоящих данных заголовок должен повторяться не менее трех раз перед сигналом «frame lock». После того, как получен этот сигнал он начинает постоянно отслеживаться. Если происходит ошибочное определение кадра , то следующие 4 кадра будут проверены на ошибки.
VALIDITY CHEK - проверка правильности ( верности) информации потока
VARIABLE LENGTH DECODE - декодирование с переменной длиной. Декодирование информации видеопотока, который был закодирован при передачи видеоинформации в кодирующем устройстве с переменной длиной слова, в данном блоке производится обратный процесс.
HOST INTERFACE - интерфейс компьютера
Интерфейс системного процессора.
Интерфейс системного процессора является интерфейсом с картой памяти. Он был разработан для использования с любым системным процессором и состоит из следующих шин и сигналов:
HD7:0 - шина данных процессора
YF 3:0 - младшее значение бита адресной шины
WR - строб записи
RD - строб чтения
CEN -выбор микросхемы
SIDE INFORMATION - блок выделения служебных данных
ДЕКОДЕР
В качестве декодера возьмем микросхему фирмы GEC PLESSEY VP 2615,
Рис. 8.
Используется для видеоконференции, видеотелефонии. Разработан по рекомендации стандарта CCITT Н.261 . Предназначен для декодирования CIF сигнала с разрешением до 30 Гц. Выходным сигналом являются 8 битные пиксели в YUV формате.
Рассмотрим основные блоки этой микросхемы.
INPUT CONRTOLLER - входное устройство ( данные, импульс синхронизации , вход режима передачи данных
RUN LENGHT DECODE & INV ZIG ZAG - блок обратного зигзагообразного сканирования, процесс обратному , выполняемому в кодере.
Это блок - генератор адресов, который обеспечивает считывание коэффициента ДКП в пространстве по зиг-загообразной траектории. Смысл - значившие коэффициенты . располагаются в начале субблока , а нули в конце субблока .В результате появляется последовательность коэффициентов. , имеющие короткие участки и значащие участки, которые кодируются кодом переменой длины
INVERSE QUANTIZATION - блок обратного квантования
INVERSE DCT - блок обратного дискретного косинусного преобразования. В блоке выполняется операция, обратная операции , выполняемая в кодеке.
ДКП осуществляется в соответствующем блоке и обрабатывает 8х8 субблока изображения, либо в режиме межкадрового либо внутрикадрового кодирования.
В режиме межкадрового кодирования используется 8 разрядное представление сигнала. При внутрикадровом кодировании используется разность между текущем и блоком имеющим лучший шаг сдвига . В этом случае представление сигнала осуществляется в удвоенном комплиментарном виде. 12 битные коэффициенты Формируются в блоке ДСТ и посылаются на квантователь. Изображение делится 8х8 пикселов. Суть преобразования - изображение из пространственной области перевести в частотную область
LOW PASS FILTER - фильтр нижних частот, для устранения высокочастотных составляющих декодированного изображения
ADD - устройство суммирования
FRAME STORE CONTROLLER - контроллер памяти на кадр
CONTROL I/F- контроллер управления декодером
В качестве конвертора выберем микросхему фирмы
GEC PLESSEY VP 520 S
Рис. 9.
VP520 S разработан для преобразования 16 битного мультиплексированного сигнала яркости и цветности между CCIR 601 и CIF/QCIF. Предусмотрены вертикальные и горизонтальные фильтры, причем вертикальные фильтры обеспечиваются с помощью внутренней памяти на одну строку. Коэффициент, используемый для фильтра определяется пользователем и загружается от независимой шины данных . Внутренний генератор адресов поддерживает внешнюю память на кадр и обеспечивает преобразование строки в макроблок . Если входной сигнал конвертируется CIF/QCIF, вертикальные и горизонтальные фильтры обеспечиваются путем 4х CIF линии задержки, которые позволяют обрабатывать пять фильтров. Когда производится преобразование в формат QCIF, используется доступная память, чтобы обеспечить задержку на 6 строк, которая позволяет использовать 7 фильтров. Когда прибор конвертирует в CCIR 601 сигнал , входные данные должны быть в формате макроблока и вертикальные фильтры идут в формате макроблоков. Входные сигналы пишутся сначала во внешнюю память , организованную под CIF кадром и считываются у памяти построчно. VP 520 S поддерживает память по 2 полных
кадра и позволяет CIF/QCIF дольше читать попарно в порядке формирования двух черезстрочных полей видеосигнала.
VP 520 S поддерживает преобразование между CIF/QCIF и NTSC стандартом. Когда формируется CIF данные на каждые 5 строк данных, то формируются дополнительные строки, а когда формируется сигнал NTSC , то из каждых 6 строк четыре убираются.
SYNC GENERATOR - генератор синхроимпульсов
RAM ADRESS..... - формирователь адреса памяти с поддержкой преобразования адресов строк в адреса блоков
INPUT - буфер
MUX - мультиплексор
FOUR - задержка на 4 строки
фильтр яркостного сигнала
FILTER BLOCK - 2 фильтра цветоразности
MUXING - мультиплексор
COEFF STORE - память коэффициентов.
Рассмотрим микросхему конвертора VP510.
Рис. 10.
Он преобразует трехканальный RGB данные в два канала десятичных цветность и яркость. Также он преобразует два канала данных Цветоразностных и яркостных в три канала интерполированых данных RGB . Каждый канал имеет собственную таблицу просмотра, которая может быть загружена из управляющей системы и затем использована для гамма-коррекции. Направление потока данных контролируется битом в управляющем регистре и позволяет переключаться между входом и выходом. Фильтры переключаются с десятичного в интерполирующий режим. Матрица преобразования размерностью 3х3 обеспечивается определяемыми пользователем 12 битными коэффициентами, которые могут изменяться от -4 до 4 . Канал яркости обеспечивается фильтром 23 порядка . Каждые Каналы цветности имеют два последовательных фильтров 11 порядка. Такое устройство позволяет принимать или производить данные RGB c частотой в два раза превышающую исходную, таким образом избегая использование внешних аналоговых фильтров. Если необходимо, устройство может принимать или производить видеоданные с исходной частотой .
ADRESS RAM - буферные устройства
COUNTNER - счетчик
3х3 MATRIX MULTIPLEX - схема матрицирования
23 ТАР - фильтр прореживания интерполирования
CONTROL - контроллер управления
RANGE - ограничитель уровня
PIPELINE DELAY - линия задержки
п. 3.2. Разработка структурной схемы абонентского устройства кодирования
Задачей работы является: прием и передачи данных. На входе - стандартный компонентный телевизионный сигнал, на выходе - стандартный цифровой компонентный сигнал формата 601/25.
VP261 VP2615 VP520 VP 510
Буфер приема Буфер памяти Буфер памяти
Рис. 11.
Для аппаратной реализации данного устройства декодирования по выбранному стандарту используем специализируемую элементарную базу фирмы GEC PLESSEY Plesse т. к. она построена по интегральным технологией, обладает большой функциональностью, позволяет сократить массу, габариты, стоимость.
На основе выбранных компонентов составим структурную схему декодирующего абонентского устройства видеоконференций.
Входной поток по стандарту передачи видеоданных Н. 261 поступает на демультиплексер, чтобы обеспечить постоянство цифрового потока. В устройстве декодирования используют буфер приема RECEVE BUFER 32Кх8, который имеет размер 32 Кбайта . Для декодирования демультиплексированой информации поставим видеодекодер VP2615, работа которого была описана выше. Для проведения операции декодирования необходимо ОЗУ на 1 кадр. Т.к. мы используем формат CIF , объем памяти должен быть 128 Кб . Для преобразования формата CIF в стандартный формат , согласно рекомендации .CCIT 601 используем конвертор VP 520. Для обеспечения преобразования необходима память на два кадра. Объем информации 256 Кб . Для преобразования цифрового цветоразностного сигнала в RGB используем конвертор цветного изображения VP 510. Для управления декодером используем системный контроллер, который может управляться центральным процессором компьютера .
п.3.3. Сравнительный анализ оконечных устройств имеющихся на рынке на данный момент
Cybertronic Zydacron Z250
Комплект для проведения видеоконференций фирмы Cybertronic, работающий с ОС Windows 3.х, 95, OS/2 Warp и Windows NT, представляет собой интегрированный на единой плате видео- и аудиокодек с возможностью проведения видеоконференций по линиям POTS и ISDN.
Cybertronic Zydacron Z250 представляет собой неплохую альтернативу другим комплектам для проведения настольных видеоконференций. Среди несомненных достоинств этого продукта - интегрированные на одной плате ISDN-адаптер и кодеки и, следовательно, экономия как минимум одного разъема, а также длинный список совместимых операционных систем, каким не могут похвастаться гораздо более дорогие и известные продукты. Расширению возможностей комплекта в значительной мере способствует наличие комплекта для разработчика Zydacron SDK. Относительно высокое качество изображения и звуковой информации обеспечивается за счет качественной реализации кодека. К сожалению, на этом список "плюсов" данного продукта заканчивается. Среди наиболее существенных недостатков следует отметить ограниченные возможности по реализации совместных действий (только передача файлов и разделение экрана), а также отсутствие совместимости с T.120, что сильно ограничивает возможности продукта с точки зрения его интеграции с другими системами видеоконференций.
Технические характеристики Zydacron Z250
Видео: соответствие стандарту H.261; частота кадров и разрешение - 15 кадр/с и CIF 352x288 или 30 кадр/с и QCIF 176x144; протоколы - эмуляция последовательного порта, дополнительная эмуляция TCP/IP и поддержка T.123; максимальная пропускная способность - до 56 Кбит/с.
Аудио: G.711, G.728, G.722
Коммуникации: BRI
Аппаратные требования: процессор 486/33 МГц или выше, оперативная память - не менее 8 Мбайт, объем свободного пространства на жестком диске - 20 Мбайт.
ShareVision PC3000
Комплект фирмы Creative Labs включает в себя звуковую плату, видеоплату, факс-модем, соответствующее ПО, наушники и 1/3" CCD цветную видеокамеру.
ShareVision, одна из немногих систем, поддерживающих только видеоконференции по модемным линиям, представляет собой тем не менее разумный компромисс между стоимостью комплектации одного рабочего места (около 1000 долл.) и функциональными возможностями продукта. Несмотря на то что система включает возможности разделения приложений, передачи файлов, захвата изображений, проведения аудио- и видеосеансов, она характеризуется также рядом существенных недостатков. Среди наиболее заметных - весьма невысокое качество изображения, отсутствие возможностей проведения многоточечных конференций и использования преимуществ ISDN. Однако ShareVision можно рассматривать как неплохое техническое решение для тех пользователей, которым, в первую очередь, важны стоимость комплекта видеоконференции, а также возможность работы по обычным телефонным линиям.
Технические характеристики ShareVision Pc3000
Системные требования: ПК с процессором 486SX 33 МГц (рекомендуется 486 DX2-66), оперативная память объемом не менее 8 Мбайт, объем свободного пространства на жестком диске не менее 6 Мбайт, два свободных ISA-разъема, дисплей VGA или SVGA (рекомендуется 16- или 24-разрядный видеоадаптер), MS Windows 3.1 или выше. Имеется также версия ПО для платформы Macintosh
Видеовход: программно выбираемый источник видеоизображений (NTSC или PAL).
Режимы видеоадаптера: VGA (8-, 16- или 24-разрядный), SVGA.
Частота и размер кадров изображения: 15 кадров, 96х80 пикселов; 12 кадров,128х96 пикселов; 10 кадров, 160х112 пикселов.
Захват видеокадра: 320х240 пикселов; 640х480 пикселов; цветность - до 24 разрядов.
Аудиовход: микрофон
Аудиовыход: тандартные колонки или наушники.
Алгоритм сжатия: VATP (Vector Adaptive Transform Processing).
Видеокамера: тип - 1/3" CCD, цветная; выход: составной цветной NTSC-сигнал.
Модем: внешний, скорость передачи - до 28,8 Кбит/сек.
п.3.4. Разработка принципиальной схемы декодирования абонентского устройства.
Для разработки принципиальной схемы рассмотрим каждую микросхему в отдельности . Принципиальная схема изображена в приложении 1
| VP 2614 | |
| Выводы | Значения |
| LD | линия выходных данных |
| LEN | сигнал разрешения ввода данных ( при низком уровне) |
| LCLK | строб шины входа |
| LRED | запрет захвата данных ( при низком уровне) |
| DBUS 7:0 | шина управления и данных |
| DMODE 3:0 | выходной идентификатор данных |
| PM 2:0 | идентификаторы для добавления информации для DBUS 7:0 ( не используются для VP 2615) |
| DCLK | последовательный О/Р строб для шины DBUS 7:0 тактируемый SCLK |
| SCLK | системная тактовая частота. Должна быть 27 МГц для 30 Гц фреймов |
| HD7:0 | Двунаправленная шина данных |
| HA3:0 | шина адреса системного контроля |
| WR | запись строба системного контроллера ( активный низкий уровень) |
| RD | чтение строба из системного контроллера ( активный низкий уровень) |
| CEN | выбор микросхемы из системного контроллера ( активный низкий уровень) |
| ERR | выходная индикация фреймов и декодирования ошибок ( активный низкий уровень) |
| EVT | индикация возможности установки данных нового кадра( активный низкий уровень) |
| B7:0 | шина передачи данных к принимающему буферу |
| А14:0 | адресная шина к принимающему буферу |
| WS | запись строба для принимающего буфера ( активный низкий уровень) |
| BCS | Выбор принимающего буфера ( активный низкий уровень) |
| BEN | разрешение выдачи на буфер ( активный низкий уровень) |
| ТСК | тестовая тактовый сигнал JTAG |
| ТМC | выбор режима JTAC |
| TDI | I/P данные JTAC |
| TDO | О/Р данные JTAC |
| TRCT | сброс JTAC |
| ТОЕ | перевод всех в импедансное состояние ( активный низкий уровень) |
| RES | сброс питания ( активный низкий уровень) |
| VP2615 | |
| DIN 7:0 | этот порт используется для ввода квантованных значений данных и управляющей информации, его функции определяют DMODE 3:0, данные тактируются фронтом DCLK |
| DMODE3:0 | управляющий вход для DIN 7:0, данные тактируются фронтом DCLK |
| DCLK | сигнал используется для стробирования данных на входах DIN и DMODE. Может запрещаться подачей WAIT STATE на DMODЕ, может получаться делением SYSCLK |
| YUV7:0 | входная шина данных пикселей в формате YUV – блока с частотой равной |
| четвери SYSLCK | |
| VPIX | синхронизирующие выходные импульсы с периодом более чем удвоенный частотой SYSCLK, который позволяет работать с данными пикселей через YUV порт |
| MBOUT | синхронизирующий выход с периодом больше чем макроблок и переходящей на высокий уровень по последнему пикселю макроблока. В конце макроблока MBOUT переходит в низкий уровень до следующего макроблока. |
| FRMOUT | синхронизирующий выход, принимающий высокое значение при новом фрейме и сигнализирующий о новой фрейме для YUV порта. Он имеет высокое значение до последнего выходного пикселя. FRMOUT переходит в низкий уровень до начала нового фрейма |
| FS 15:0 | шина данных для записи и чтения внешнего DRAM фрейма |
| ADR7:0 | адресная шина , управляющая внешним DRAM фреймом |
| RAS | вектор адресного строба, управляющая внешним DRAM фреймом |
| Cas | управление стробом адресов строк внешним DRAM фреймом |
| RW1 | управление записью / чтения внешнего DRAM1 |
| RW2 | управление записью / чтения внешнего DRAM2 |
| ОЕ1 | разрешение вывода внешнего DRAM 1 или ADR8, если используется DRAM 256 K |
| ОЕ2 | разрешение вывода для внешнего DRAM 2 или ADR8, если используется DRAM 256 K |
| CBUS7:0 | двунаправленная шина данных, используемая микропроцессором. Данные |
| CSTR | входной строб данных и выхода порта CBUS |
| CEN | при низком состоянии этого вывоза порт CBUS может использоваться для ввода вывода данных |
| CADR | при высоком уровне сигнал на CBUS определяется как данные, при низком, как инструкции |
| SYSCLK | системная тактовая частота, максимум 27 МГц, может варьироваться от 35 % до 65% на каждый период. Все внешние тактовые частоты получаются делением этой частоты. |
| RESET | активный низкий уровень. При использовании в течение операции все данные фреймом будут потеряны. |
| ТСК - | тестовая частота для JTAG |
| ТМS | выбор режима JTAC |
| TDI | I/P данные JTAC |
| TDO | О/Р данные JTAC |
| TRST | вывод сброса JTAC |
| VP510 | |
| R7:0 | беззнаковые данные красного, диапазон может изменяться при помощи таблицы ОЗУ |
| G7:0 | беззнаковые данные красного, диапазон может изменяться при помощи таблицы ОЗУ |
| B7;0 | беззнаковые данные красного, диапазон может изменяться при помощи таблицы ОЗУ |
| Y7:0 | беззнаковые входные или выходные данные яркости, диапазон определяется пользователем. |
| С7:0 – | двухкомпонентные или знаковые бинарные данные , мультиплексированые монохромно, диапазон определяется пользователем |
| D7:0 | шина данных хоста, используемая для чтения записями |
| А4:0 | шина адреса хоста, коэффициенты матрицы и управляемые регистры |
| CLK | внешнее тактовая частота, все входы и выходы тактируются фронтом |
| HREF | горизонтальная или композитная частота, используемая как индикатор начала линии и вырезаемая КИХ фильтрами |
| HDLY | задержка входного HREF на 39 периодов для коррекции сигнала с выхода фильтра |
| FI | флаг входа определяется пользователем, не управляется изнутри |
| FO | задержка FI на 39 периодов для коррекции выходного сигнала фильтра |
| CRI | вход, показывающий допустимость яркостных и цветоразностных данных |
| CRO | выход , который показывает появление яркостных и цветоразностных данных на выходных выводов |
| OEN | разрешает третье состояние шины при низких уровнях |
| CS | выбор схемы с хоста системы ( активно низкий) |
| RD | запрос на хост на чтение матричный коэффициентов и счетчика ОЗУ ( активный низкий) |
| WR – запрос с хоста на запись устройства ( активный низкий) | |
| RES |
асинхронный сброс, используемый для инициализации устройства |
| VP520S | |
| Y7:0 | входная – выходная шина яркостей |
| C7:0 | входная
–
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.),
обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus.
Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Похожие рефераты: |