编解码系统（精选9篇）
编解码系统 篇1
光码分多址(OCDMA)系统是未来高速全光局域网的可能解决方案之一。目前,OCDMA系统中能够直接使用的是单极性地址码,OCDMA系统的单极性码主要有光正交码(OOC)、素数码(PC)等[1]。但由于单极性码的自相关和互相关特性并不十分理想,基于单极性扩频码的OCDMA系统中的多址干扰(MAI)较为严重。因而提高OCDMA系统性能的有效办法是在系统中使用相关特性更加优秀的双极性地址码。
目前对双极性光码分多址系统的研究主要集中在双/单极性码的转换[2],文献[3]给出了编解码器的信息处理方式,文献[4]对OCDMA系统中的单极性和双极性码的容量与性能进行了比较。尽管这些双极性码的相关特性优于OOC等单极性码,但仍然不很理想。所以将m序列和Gold序列等双极性码应用于OCDMA系统中时还是存在一定程度的MAI,影响了OCDMA系统通信质量的进一步提高。为进一步降低OCDMA系统中的MAI,本文给出了将双极性完全互补序列应用于OCDMA系统的编解码方案和系统设计。通过理论分析和系统仿真发现,基于本方案的OCDMA系统的性能优于采用单极性码和双极性码的OCDMA系统。
1 完全互补序列的定义及其构造[5]
定义n个序列集S={S0,S1,…,Sp,…,Sn-1},每个序列集中包含n个序列Sr={S,S,…,S,…,S},每个序列长度为N2,如果全部序列的相关特性满足下列条件:
则称这些序列集构成一个完全互补序列集。式中,τ为时延。
完全互补序列可以通过正交矩阵构成,依据文献[5],可以构造一个N阶完全互补序列集C1={C,C,…,C},C2={C,C…,C},…,Ck={C,C,…,C},…,CN={C,C,…,C},其中各序列的长度为N2,Ck={C,C,…,C}为一个自互补序列。
2 双极性完全互补序列OCDMA系统的编解码方案与系统设计
光通信系统通常采用强度调制/直接探测(IM/DD)技术。单极性IM/DD信道不能传输负脉冲,因此在单极性信道中传输双极性码时,需要进行双极性码与单极性码的转换。如图1、图2所示,在发射端,输入的电双极性信号先转换为光单极性信号,再进行传输;接收端,信号做反处理,实现单极性信道中传输双极性信号。
设N个用户同时接入网络,第k个用户的电双极性数据信息为
式中,bk,i是第k个用户的第i个码元符号;T为数据比特周期;τk为第k个用户的数据信号相对于参考信号的延时;pb(·)是一个连续T秒的单位方波。
每个用户使用它所分配到的一个自补码中的N个序列,分别对它的每一个数据比特进行扩频,形成N路信号,则用户k的第m路扩频序列可表示为
式中,C(j)为分配给第k个用户的自补码中的第m个序列的第j个码元符号;pc(·)是一个连续Tc秒的单位方波。
第k个用户的第m路经过扩频后的数据可表示为
单/双极性转换公式为
m∈{1,2,…,N},扩频后的双极性码被转换为可在光纤中传输的单极性码。已转换为单极性码的第k个用户的N路数据采用光波分复用(OWDM)技术,将不同的波长(λ1,λ2,…,λN)耦合到同一根光纤中传输。
经过光纤信道传输后,在接收端,转换前的第m路单极性信号可表示为
式中,A为第k个用户的第m路信号的衰减。在接收端先进行单/双极性转换,即
根据式(4)可得
令每个用户每一路信号的光功率均为λs,衰减均为As,则式(8)可改写为
3 系统接收性能分析
在本系统中,由于用户1为目标用户,此时先对用户1的N路信号进行解扩,即使用分配给用户1的N个匹配滤波器分别对接收机接收到的N路信号进行相关运算。假设各用户信号保持同步,在t=iT时取样,对于目标用户1,第m个匹配滤波器的输出为
式中,R (0)为第1个用户的自相关峰值;R (0)为在出现第1个用户的自相关峰值的时刻,第k个用户和第1个用户的互相关值。对第1个用户的N个匹配滤波器的输出信号求和,接收机的总输出为
可见,第一项为期望的用户1的信息;第二项为多用户干扰项,由于完全互补序列的理想互相关特性完全消除;第三项为背景光干扰项。在OCDMA通信中,第三项值较小,接收机中的主要干扰来自于其他用户的MAI。在本系统中完全消除了来自于其他用户的MAI,提高了通信质量。
4系统仿真及结果讨论
4.1 系统仿真与分析
在本系统中,随机选取同一序列族内的两个码长为31的Gold序列G1和G2,并随机选取同一完全互补序列族内长度为16的两个自互补码序列C1={C,C,C,C},C2={C,C,C,C}。在系统中经过上述序列仿真得到自相关和互相关特性曲线分别如图3、4所示。图中时延单位为序列的一个码元周期。
从图3中可以看出,在OCDMA系统中,完全互补序列的自相关接收性能是理想的,旁瓣值为0。而Gold序列的自相关旁瓣取3个值,取值分别为7、-1和-9。
从图4可以看出,同一序列族中的完全互补序列间的互相关接收性能也是理想的,互相关运算得到的值均为0。而Gold序列的互相关特性较差,互相关函数亦为3值函数,取值分别为7、-1和-9。
通过比较基于Gold序列和完全互补序列的OCDMA系统的扩频增益发现,对于我们选取的长度为31的Gold序列,其扩频增益为31。而我们选取的长度仅为16的完全互补序列,其应用于系统中的扩频增益达到了4×16=64,远高于基于Gold序列的OCDMA系统。
因而,通过比较基于完全互补序列和基于Gold序列的OCDMA系统的自相关特性和互相关特性,以及扩频增益的差距,可以得出采用完全互补序列作为地址码的OCDMA系统性能要优于采用Gold序列的OCDMA系统的结论。
4.2 可用地址码数量的分析与比较
在OCDMA系统中,可容纳用户的数量与所采用的扩频序列的可用地址码数量是密切相关的。 对于基于m序列和Gold序列的单码OCDMA系统,用户可用地址码数量较少。例如,9级移位寄存器产生的m序列有48个。取出一个序列,只能找到12个m序列与其相关的互相关值最大值等于33。但找不到多于3个序列的组,其中任意两序列之间的互相关最大值等于33。尽管采用Gold序列作为地址码,地址数可大大超过用m序列作地址码时的数量,但通过仿真比较发现,Gold序列的自相关和互相关特性并不十分理想,影响了双极性OCDMA系统通信质量的进一步提高。
而完全互补序列具有理想的自相关和互相关特性,并且通过增加自互补序列的数量和长度,可用地址码的数量可以任意增加,为OCDMA通信系统用户数量的扩大以及通信质量的提高提供了广阔前景。
5 结束语
本文提出了基于双极性完全互补序列的OCDMA系统编解码方案及其系统设计,使具有理想相关特性的双极性完全互补序列可以在传统单极性OCDMA系统中得到应用。通过理论分析以及与基于Gold序列的OCDMA系统性能的仿真比较,得出了完全互补序列可以进一步提高OCDMA系统的通信质量的结论。
参考文献
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编解码系统 篇2
南京易之讯科技有限公司 二○○六年四月
TVSENSE 视频编解码器使用手册 目录
一、产品简介..........................................................................................3 技术特点..................................................................................................................................3
二、产品结构..........................................................................................4 2.1内部布置：......................................................................................................................4 2.2外形尺寸:..........................................................................................................................4
三、技术指标..........................................................................................5
四、接口说明..........................................................................................6 4.1前面板...............................................................................................................................6 4.2后面板...............................................................................................................................6 4.3接口指示说明：.............................................................................................................6
五、接线说明..........................................................................................7 5.1网络接线...........................................................................................................................7 5.2音频接线...........................................................................................................................7 5.3视频接线...........................................................................................................................7 5.4控制接线...........................................................................................................................8
六、串口定义..........................................................................................9 6.1 串口定义：.........................................................................................................................9 6.2 内部跳线：.......................................................................................................................10
七、调试软件.........................................................................................11 7.1硬件准备：....................................................................................................................11 7.2硬件连接：....................................................................................................................11 7.3软件准备：....................................................................................................................11 7.4设备IP 配置DevNetSet.............................................................................................12 7.5设备管理DevManager................................................................................................13 7.5.1设备配对.....................................................................................................................13 7.5.2串口配置.....................................................................................................................15 7.6网络浏览
DevVideoBrowser.....................................................................................16
八．典型应用........................................................................................17
九、产品装箱清单................................................................................18 序 言 ● 简介
本音视频编解码器是为适应基于TCP/IP协议和10M/100M以太网传输通道而设计的，采用MPEG2压缩方式，具有强大的即时图像捕捉和图像压缩功能。它利用以太网通道实现实时视频音频传输，并同时提供RS232/485串行数据通信端口，满足远程视频监控、视频会议等系统需要。
注意事项
本说明书提供给用户安装调试、参数设置及操作使用的有关注意事项，务请妥善保管，并为了您的正确、高效地使用本产品，请仔细阅读本说明书。
一、产品简介 技术特点
● 基于MPC860T+OSE（RTOS）的嵌入式设计；
● 采用最新MPEG-2优化技术，最小带宽支持1024Kbps ； ● 以太网传输端到端延时小于180ms ；
● 提供10M/100M以太网接口，带宽适应范围宽，支持多点对多点同时访问； ● 具备同时发送单播包及组播包功能，可支持临时用户加入访问，同时在某些不支持组播功
能的特殊网段中通过单播方式访问；
● 双向语音对讲，支持回音抵消功能，独特的以太网方式下双向语音对话设计，适合监控中
心与前端对讲；
● 提供两路RS-485/232双向透明串口，可用于远端设备控制及监控数据采集； ● 可选集中式机箱，提高集成度；
● 与多家同类设备实现互联互通，适应大规模联网监控； ● 在各种高温、高尘等恶劣环境下，产品能够正常工作； ● 提供相关系统软件，实现网络浏览、虚拟矩阵等功能；
● 提供应用程序开发接口（包括WINAPI 和ActiveX），方便进行二次开发； ● 产品设计生产符合ISO9001标准。
TVSENSE 视频编解码器使用手册
二、产品结构 2.1内部布置：
2.2外形尺寸:
（外观仅供参考）
三、技术指标
TVSENSE 视频编解码器使用手册
四、接口说明 4.1前面板
4.2后面板
4.3接口指示说明：
（后面板正面放置，顺序依次自左向右）1.RS232/485 透明串口 2.LAN 以太网口
3.Vin、Vout 视频输入、输出（BNC 座）
4.Lin、Lout 音频左声道输入、输出（RCA 座）5.Rin、Rout 音频右声道输入、输出（RCA 座）6.AC220V 电源插座 电源开关
状态指示 电源开关 状态指示
立体声输入 视频输入 型号标签 电源插座
立体声输出 视频输出 型号标签 电源插座
五、接线说明 5.1网络接线
备注：
● 传输介质为5类或更高类双绞线； ● 与编解码器的接口为RJ45接口； ● 若编、解码器背对背连接或PC 与之连接，注意需采用交叉双绞线。5.2音频接线
备注：可单向立体声音频传输 或 双向对讲传输。5.3视频接线
备注：双向视频设备可选。TVSENSE 视频编解码器使用手册 5.4控制接线
编解码器可提供两路RS232/485接口，两台设备串口号相互对应，详见
六、串口定义。示例1：
以一台主控键盘控制若干PTZ 摄像机为例：
◆ 控制键盘的485接口与解码器的485接口连接，在编码器端接入云台解码器即可。示例2：
以两台计算机利用串口远程透明传输数据为例：
◆ 利用串口工具程序，分别打开两台PC 的对应串口，便可以透明传输数据。计算机RS232 DB9 计算机RS232 DB9
六、串口定义
音视频编、解码器提供两路RS232/485(com1、com2 串口，从后面板正视DB9公头（编码器和解码器的串口定义相同）。在作透明串口通道传输数据时串口1与串口1对应，串口2与串口2对应，使用如下：
6.1 串口定义：
● RS232工作方式（非标准引脚）：
串口1： 1（发）、2（收）、5（地）串口2： 3（发）、4（收）、5（地）● RS485工作方式：
串口1： 6(B、7(A 串口2： 8（B）、9（A）编码器和解码器的串口定义相同
注意事项：
◆ 传输波特率≤19200bps，串口的相关设置详见二 串口配置；
◆ 当编码器和解码器两端串口工作方式不一致时，只能以单工方式传输数据: 例如：编码器串口1设置成RS485，解码器串口1设置成RS232，此时两端只能以单工方式传输数据。反之亦然。
RS485-1 RS485-2 编、解码器串口定义
TVSENSE 视频编解码器使用手册 6.2 内部跳线：
◆ RS232与RS485工作方式通过内部电路板上的跳线选择, 见下图：
◆ 视频编码器、解码器出厂缺省设置为RS485接口。RS2322 RS4852 RS2321 RS4851
七、调试软件 7.1硬件准备：
1． 一台PIII 配置以上的电脑，win98/win2k/winxp操作系统； 2． 一台网络交换机或HUB（集线器）； 3． 一台或数台视频编、解码器； 4． 一台或数台摄像机、监视器； 5． 相应线缆（电源线、网线、视频线）。
7.2硬件连接：
1． 将电脑、编解码器分别通过网线接入交换机；
2． 若无交换机可用一根交叉网线将电脑与编解码器直接连接；
3． 摄像机视频信号接入编码器Vin，解码器视频输出信号V out 接入监视器； 4． 各设备上电。
7.3软件准备：
1． 将随机光盘软件“编解码器管理”压缩包安装至硬盘任意盘符下； 2． 缺省为路径：C:Program Files编解码器管理；
3． 安装完毕后，安装路径C:Program Files编解码器管理下DevVideoBrowser文件夹内应包含以下
应用程序： 1 设备IP 地址配置软件 DevNetSet.exe 2 设备管理软件 DevManager.exe 3 PC 网络浏览软件
DevVideoBrowser.exe 4 浏览软件应用设置工具 DevVideoSet.exe 5 设备加载升级工具
DevUpdate.exe 6 设备调试信息接收工具 DevDebugInfo.exe 7 设备串口调试工具 DevComDebug.exe 其中1）、2）项是本设备调试中必须所用，3－7项作为辅助调试用，本说明书中不作详述。
TVSENSE 视频编解码器使用手册 7.4设备IP 配置DevNetSet
运行DevNetSet.exe，如下图界面：
本编、解码器开机后会通过网口不间端地发送广播包，DevNetSet 程序自动解析出编、解码器的信息。
修改设备IP 地址须在列表中选你要修改的视频编、解码器：
1.物理地址：唯一且必需的硬件识别码，出厂时已设置好，不可修改； 2.设备ID ：硬件识别码，出厂时已设置好，不可修改； 3.版本：设备Flash 板载程序，可升级；
4.IP 地址：若网络管理员无指定IP 地址，用户只需将编、解码器设置成同一网段内的任
意地址即可；如通常与当前PC 同网段，192.168.0.11。
5.子网掩码：设置为自身网段相同的子网掩码。如：255.255.255.0。6.网关：若网络管理员无指定网关，用户可设为自身IP 地址，不能为空．．．．，如：192.168.0.11。以上配置按要求修改好以后，先点击“配置IP 地址”，再点击“复位”使之生效，然后点击“退出”即退出网络配置程序。
调试过程中可能会碰到的问题：配置IP 地址不成功
◆ 重新启动该程序DevNetSet.exe； ◆ 关闭防火墙或“解除阻止”； ◆ 能否正常Ping 通，检查网线；
◆ 注意操作时间勿过长，否则程序会自动刷新界面，导致配置不成功。7.5设备管理DevManager 该程序是将编、解码器进行配对，运行DevManager.exe，如下图界面：
本产品仅需对解码器进行相关设置即可，便于网络中心集中管理！7.5.1设备配对
1． 选中“设备列表”中的“视频解码器”，点击右上角“连接”按钮，出现如下界面：
2． 在“编码设备IP ”右边空档中填写本解码器对应编码器的IP 地址； 3． 用户级别：设置此解码器的用户级别，常用为数值“31”；
4． 传输方式：设置解码器以单播或多播方式接受编码器的视频流，通常选用“单播”；声音选
中表示编、解码器之间有双向音频传输，“声音”通常不选；
5． 图像格式：根据网络通道负载情况适当选择传输的码率大小，在1——8M 线性调节；通常
选用“3072kbps “；
6． 单击“应用”按钮，稍候单击“复位”按钮，待设备自动重新启动后即可！TVSENSE 视频编解码器使用手册 调试过程中可能遇到的现象：
1． 选中设备后单击“连接”按钮，提示：
◆ 确定本台PC 与视频编、解码器为同一网段； ◆ 检查网络。2． 配置不成功：
◆ 能否正常Ping 通，检查网线； ◆
重新连接再配置，注意操作时间勿过长，否则程序会自动刷新界面，导致配置不成功。
编码器连接：
本产品编码器出厂已经设置好，除IP 地址修改外，无需再对其配置。
7.5.2串口配置
本产品只需通过解码器即可完成所有串口配置！
编、解码器的串口作透明数据传输通道使用时，须注意两端的串口工作方式，主要包括：波特
选中“设备列表”中的“视频解码器”，“连接”成功后，点击右边“串口”按钮，如下图：
串口缺省配置如下：
串口配置属性修改：
注意：编、解码设备对应串口的波特率应当一致！（两设备的串口1相对应、串口2相对应）
TVSENSE 视频编解码器使用手册 7.6 网络浏览 DevVideoBrowser 网络浏览属于软件解码器，运行浏览软件 DevVideoBrowser.exe，界面如下： 输入“编号” ：100001、“口令” ：123，点击“确定”后进入视频浏览窗口，如下图： 确定” 确定 步骤一： 选中某编码器 步骤二： 点击连接 从“设备地址列表”栏选中接有摄像机的编码器，点击“ 接成功的视频图像图像。浏览程序退出： ”连接，即可看到连 输入“编号” ：100001、“口令” ：123，退出浏览程序。TEL: 025-52419198 81792088
南京易之讯科技有限公司 网络视频编解码器使用手册 八．典型应用 本产品适合于通信带宽大于 2M 的所有以太网络，支持跨路由（网段）使用。一． 高速公路 某分中心编码器 4×E1 或 LAN 省中心解码器 高速 公路 通信 系统 4×E1 或 LAN 某分中心编码器 省中心解码器 省中心 视频矩阵 利用高速公路通信系统 SDH 中的多个 E1 通道捆绑（如 4×E1）组成 LAN，在分中心将图像 接入编码器，省中心解码还原视频进入矩阵系统。二． 路口编码器 城市监控 中心解码器 监控中心 视频
矩阵 城 域 网 中心解码器 路口编码器 中心软件解码器（图像业务台）向城域网运营商租用通道，如电信、网通、联通、移动等，实现城市道路、安全防范等监控 指挥系统。TEL: 025-52419198 81792088
TVSENSE 视频编解码器使用手册
编解码系统 篇3
随着3D立体电视技术越来越成熟,立体视频编解码系统引起了越来越多的关注。近年来,基于H.264及MEPG-4的立体视频压缩编解码系统得到了长足的发展。尽管立体视频有着很大的吸引力,但是视频数据量以及计算的复杂度与普通视频相比增加了1倍以上[1,2]。为了解决在有限带宽下传输大量视频数据的问题,迫切需要一个高效率的编解码系统。
传统立体视频压缩编解码算法,由于引入了额外的运动估计及视差估计,因此运算复杂度大大增加,若要降低运算复杂度,则要以牺牲图像质量为代价。文献[3]~[4]提出了残差图像编码的方法,通过对左右2副图像的残差进行编码从而达到了对图像进行压缩的目的。文献[5]提出了使用分布式计算的方法,无监督的自主学习视差。文献[6]采用自组织神经网络的方法,进行视差估计。以上几种算法,都存在运算复杂度高、计算量大的缺点,不适于在现有硬件系统上实现。
笔者提出运用联合预测的方法进行立体视频编解码的系统。这种联合预测的方案包含了3种编解码工具:首先,联合块补偿的使用使视频获得了更好的主观和客观质量;其次,依照立体视频的主要特征提出了新的运动补偿和视差补偿方法;最后,模式预决策方案的采用大大降低了运算的复杂度。
2 立体视频编解码系统实现
在此方案中,左路视频被设置为基础层,同时,右路视频被设置为增强层[7,8]。基础层使用H.264或MEPG-4等编码方式进行编码。在补偿的过程中,一个块不仅由左(右)参考帧的对应块进行补偿,还需要参考当前块的不同种类进行一种联合的补偿(如:此块属于背景、运动物体或者同时属于背景和运动物体)。此外,运用模式预决策的方案可以降低视差估计的运算复杂度。
2.1 编码流程
图1给出了立体视频编码器的框图。左路图像与右路图像在编码器中的主要不同点在于视差补偿和模式预决策。编码后,左路图像的压缩数据M和L,以及右路图像的压缩数据(数量很小)N和R将被传输。
在编码过程中,左路图像作为参考图像,使用普通的编码方式进行编码(如H.264,MEPG-4等);而右路图像使用左路图像作为参考,进行额外的运动补偿、模式预决策、视差估计。
2.2 联合块补偿方案
在右路图像的运动估计和视差估计过程中,当前帧有两个参考帧,如图2所示。灰色区域是参考帧的搜索范围。由于摄像机是平行放置的,根据平行相机系统视差的性质,左路图像的参考帧的搜索范围不是正方形的,而是呈带状的。
此立体视频编码器中包含3种补偿块:1)运动补偿块,主要出现在背景中,对缓慢运动的物体或者由于摄像机移动造成的运动进行补偿;2)视差补偿块,主要出现在运动物体上,由于物体在运动过程中产生的变形,因此,视差补偿块往往有更好的预测能力;3)联合补偿块,由于运动物体和背景可以相应地由不同种类的块进行预测,因此,联合补偿块主要出现在同时包含前景和背景的块中。
根据SAD(绝对误差和)准则,可以确定最佳匹配块的预测模式。对于当前帧的每个宏块来说,3种块的失真按如下进行计算
式中:Dmotion和Ddisparity分别为运动补偿块和视差补偿块的SAD最小值。Ir(B)是右路当前块,Ir-1(BR)是右路参考块,Il(BL)是左路参考块。SRR(B)和SRL(B)分别为B块在左右2路图像参考帧中的搜索范围。在左右2路图像的参考块I1(B′L)和Ir-1(B′R)的最佳匹配块中得到视差估计和运动估计的结果。接下来,联合估计块将通过I1(B′L)块和Ir-1(B′R)块的加权和来决定。Wn和Wn′为补充的加权函数,如图2中的A到D。最后,模式决定由式(4)进行描述,用来决定当前块进行何种补偿
2.3 右路视频运动估计的快速算法
在普通的立体视频编解码系统中,运动估计和视差估计是最关键的2个步骤。可是,与普通的视频编解码系统相比,右路视频额外的运动补偿及视差补偿极大地增加了运算负担。因此,在进行视差补偿前提出了精确的运动向量预测法和模式预决策法。首先,给出了运动向量(MV)和视差向量(DV)间的相互关系[8],如图3所示。
图3中4个向量间的相互关系可以由以下的等式来说明
总的来说,由于在时间域上,2帧之间的区别是很小的,因此得到以下的关系
通过以上的关系可以看出,由左路(MVL)得到的运动向量将被设置为右路(MVR)的预测值运动向量。由于摄像机的水平放置结构,在左右2路视频中存在一个图像的水平位移。这个位移称为“全局视差”。全局视差的引入将大大减小算法在视差估计及补偿过程中的计算复杂度和计算量。
2.4 背景探测和右路图像的全局视差估计
背景探测的应用可以准确确定前景(运动物体)及背景[9,10],是下一步进行全局视差估计以及模式预决策的前提。
背景由式(7)来确定
式中:B(N)是左路图像的第N帧的状态。MVN(x,y)是第N个块的运动向量。如果运动向量为0或者Fdiff(N)小于一个阈值,那么,这个块就是属于背景的,这样,B(N)设置为true。此步完成后,全局视差向量
这些背景块的视差向量将积累起来作为一个统计。出现频率最高的运动向量DV将被认作为全局视差向量GD。对于左路图像的第一个P帧,背景检测的方法用来得到全局视差向量GD。在右路图像进行运动补偿之前,通过使用全局视差向量GD能得到当前块(右路图像帧)的对应块(左路图像帧)。接下来,对应块的运动向量MV将被认作为右路图像帧当前块的预测值,这样,MVR只需很小的搜索范围就能准确得到,从而降低了运算复杂度。可是,背景的视差向量DV往往小于前景的视差向量。如果SAD大于一个阈值,将扩大搜索范围来获得一个更好的MV。这样,一个更精确的全局视差向量将反馈给系统。为了避免误码传播,每M帧全局视差向量都将刷新(M是一个可变的参量)。
2.5 视差估计前的模式预决策
实验结果表明,在右路图像的一帧中,有40%~70%的块需要进行运动补偿,25%~60%的块需要进行联合补偿,只有约5%的块需要进行视差补偿。由于联合补偿块的结果同时由运动估计和视差估计得到,这就代表着25%~60%的块需要进行运动估计和视差估计。分析可见,将近95%的块需要进行运动估计,同时只有40%~60%的块需要进行视差估计。这样,不必要的视差估计的过程就可省略,从而降低了运算复杂度。模式预决策的方法将由以下公式得到
如果Fdiff
3 实验结果与小结
实验结果表明,运用本文提出的立体图像压缩编解码方法,可以大大降低运算复杂度以及视频传输数据量。视差估计及运动估计的运算量约为普通算法15%,需传输的数据量与未进行压缩前相比,减少70%~80%,同时视频效果较之其他方法相比也有所提高。
综上所述,这种基于联合预测的算法,采用背景探测、模式预决策等策略,大大降低了运动估计、视差估计等的运算量。与传统方法相比,在保证图像质量的前提下,运算复杂度及计算量大大降低,且易于集成现有的编解码方式(H.264,MEPG-4等),易于在现有硬件系统上实现。
参考文献
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编解码系统 篇4
——虹图高清嵌入式编解码器TMV-HV1001 虹图高清嵌入式编解码器TMV-HV1001是北京图美视讯虹图系列视频编码器产品中的一员。本产品是针对较大规模的专业级数字视频系统应用而设计的专业设备，用于解决视频一级低速率数据的编解码、复用以及网络传输。具有功耗低、数据处理能力强、接口丰富等优点，很好地满足了实时系统控制、工业自动化、实时数据采集、军事系统等有严格要求，并且可靠性要求高的重要设备的需求。
【产品优势】
• 支持全高清视频实时编解码;
• 嵌入式构架;
• 支持2 路VGA输入、2路VGA输出接口;
• 支持2 路HDMI 高清输入、2路HDMI输出接口;
• USB2.0 接口，可插入U盘用于临时视频码流存储;
• SATA接口，用于本地视频存储，适合DVR场合使用;
• 视频编码支持MPEG4-10 AVC Base line，最高1080P 60帧/秒;
• 双路千兆以太网音视频传输;
• 友好的操作界面和便于操作的菜单系统。
【产品规格】
视频输入：2 路VGA接口，2路HDMI接口
视频输出：2 路VGA接口，2路HDMI接口
其他接口：1个USB2.0接口，1个SATA接口
网络接口：2 路千兆以太网
机 箱：采用标准1U机箱
电 源：AC220V
环 境：温度：0℃~70℃ 湿度：85%RH 以下
外形尺寸：480×360×44(宽×深×高(mm))
【应用领域】
可以广泛应用在通讯、网络，适合实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算的领域，也适用于智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高的可靠度、可长期使用的应用领域。此外还适合课堂录播系统、医疗系统、雷达系统等仪器视频记录系统。
编解码系统 篇5
压缩编解码系统已广泛的应用于数字广播电视系统中, 评价这些系统的质量可以通过客观测试和主观评价的方法来进行。客观测试是指借助仪器, 使用人工手段读取测量结果或者利用数学算法自动得出测量结果, 以间接反映图像的质量。主观评价 (图1) 是直接利用观察者对被测系统图像质量的主观反应来确定系统性能的一种测试。
压缩编解码算法通过利用图像信号的空间相关性和时间相关性, 对图像信号中的信息进行压缩编码并能够恢复重构编码后的图像。静态图像和客观测试信号有着很强的空间相关性和时间相关性, 所以往往客观测试结果不能够完全反映压缩编解码视频系统的质量, 而采用活动图像进行的主观评价在图像质量评价上有着最终的发言权, 主观评价方法已经广泛的应用于压缩编解码视频系统性能的测量中。
在评价过程中, 测试过程、观看条件和所采用的测试图像对于评价结果有着至关重要的影响。而测试结果尤其依赖于测试用图像序列的内容, 并且对图像内容很敏感。为了得到普遍认可的评价结果, 需选用合适的主观评价用测试图像。
2 双刺激连续质量主观评价方法简介
ITU 500规定的双刺激连续质量评价方法易于获得稳定有效的主观评价结果, 是评价系统质量时经常采用的一种方法。
在双刺激方法中, 不仅要求对被测系统的输出图像进行显示、评分, 同时还要求对它的输入图像 (即评价的基准图像) 进行显示、评分。在双刺激连续质量标度 (DSCQS) 方法中, 采用连续质量评分标度 (图2) 。该评分标度由若干对纵向标度线组成, 以对应若干个测试图像以及适应对每个测试图像的两种状态 (基准图像和被测图像) 评分。为避免量化误差, 纵向标度线提供连续质量标度 (线上不同的位置代表不同分值 (0～100) , 位置越高代表分值越大) , 并且被分成5个等份, 相当于标准的ITU-R五级质量范围, 在评分标度线的左侧标识出与不同等级范围相对应的质量术语, 即优、良、中、差、劣作为观看员评分的一般指导。可见连续质量标度的量化精度相当于五级质量制中的5级质量标度量化精度的20倍。
通常一个评价测试周期的现实如图3所示。其中基准图像和被测图像显示的先后顺序是随机变动的。为了便于说明, 先显示的图像称作A图像, 后显示的图像称作B图像, AB图像各持续10秒钟, 中间是3秒钟的灰场间隔, AB图像交替显示2遍之后, 是10秒钟的打分时间。
由于双刺激连续质量标度方法具有双刺激显示评分和连续质量评分标度两大特点, 使得其评价结果比起单刺激五级质量制具有很高的灵敏度和稳定性等优点, 特别适合用于对高质量电视系统或质量范围比较小的系统或设备的图像质量进行主观评价。对压缩编解码视频系统的主观评价经常采用双刺激连续质量标度方法。
3 压缩算法的典型编码效应
各种各样的视频编码标准大多数是基于DCT块的系数量化和运动补偿方法。在这些编码算法中, 压缩失真大多是由变换系数的量化引起的。虽然其他因素也影响码流的视频质量, 如运动估计、缓冲器的大小等, 但它们只是间接的影响编码过程。在压缩视频序列里通常可以看到以下类型的损伤:
(1) 块效应。
由于基于DCT块的编码算法是分别对每个块进行量化的, 通常块大小为8×8像素, 这就导致了相邻块间边界的不连续性。在具有规则图像的压缩序列里块效应通常是最常见的失真。
(2) 模糊。
由于空间细节的丢失和边缘清晰度的降低造成的模糊, 是由粗量化对高频系数的压缩造成的。
(3) 颜色混合。
主要是在完全不同的颜色区域间的模糊。它是由于色度分量的高频系数被压缩造成的。
(4) 台阶效应。
这是由于DCT对于水平线和垂直线的处理效果是最好的, 而对于斜线的处理, 在准确的重构时需要高频DCT系数, 而这些系数在粗量化时被压缩了, 因此这些系数的量化造成斜线看起来是锯齿形的。
(5) 振铃。
在平滑区域的高对比度线条的附近经常可见这种现象。在亮度和色度分量中都会出现振铃, 它常常和吉布斯现象同时出现。主要是由量化导致的高频重构不规则产生的。
(6) 虚边。
是由于运动补偿时, 从参考帧到预测帧块边缘的不连续造成的。
(7) 锯齿运动。
是由运动预测造成的。当一个宏块内的所有像素运动一致时, 以块为基础的运动预测效果最好。当运动预测的误差大时, 像素就会被粗量化, 从而产生锯齿运动。
(8) 蚊子噪声。
是在高对比度边缘或运动物体周围亮度/色度的波动, 通常在平滑的纹理处可以看见。主要是由一个序列中连续帧的同一个场景的相同区域的编码差异造成的。
(9) 闪烁。
通常在具有丰富纹理的场景中出现。由于纹理块采用了不同的量化参数, 造成了图像压缩后的闪烁效果。
有些损伤是与基于块编码算法无关的, 但仍会在其他算法中看到这些损伤出现。例如在以小波为基础的压缩算法中, 整幅图像都进行了变换, 因此没有与块相关的损伤出现。但是, 可以看见非常明显的模糊和振铃失真。
4 图像素材选择的原则
(1) 作为测试图像, 首先对所测电视制式而言应具有最佳图像质量 (除某些特殊测试需加噪波外) , 因为源图像无缺损是获得被评价系统稳定评价结果的关键。
(2) 测试图像素材应保持在适度严格和严格之间, 避免过分地严格, 因为对于不同的评价目的, 一般采用不同的测试素材, 例如对于基本质量评价, 通常采用严格, 但又不过分的素材;对于极限应用 (如演播室质量或后期处理等) 的评价一般采用严格的素材;对自适应处理系统性能的评价, 一般采用非常严格的素材。
5 数字电视系统图像质量主观评价考核的主要质量要素及其评价用测试图像素材的特点
信息量越大的素材即复合型的素材, 既包含大面积的微小细节和纹理, 又包含色彩丰富、饱和度高、动态范围大、层次丰富且复杂快速运动的场景, 对编码器来说难度越大。
针对编码器易发生的图像损失, 主要从以下方面考虑选择主观评价用测试图像:
(1) 清晰度:包含亮度/色度、静止/运动的大面积的微小细节和纹理的序列场景。
(2) 彩色重现性能:包含亮度/色度、静止/运动的大面积色彩和细节丰富以及饱和度高的彩色场景。
(3) 运动估值/运动补偿性能:包含亮度/色度的物体复杂快速、随机运动和摄像机各种操作运动及场快速切换的场景, 特别是复杂快速运动的场景到大面积细节丰富场景的切换, 包含透明或半透明移动物体的场景。
(4) 层次 (灰度级) 再现性能:包含亮度/色度、静止/运动的视频动态范围大、对比度高、层次丰富的场景序列。
(5) 对含噪声图像的处理能力:包含不同信杂比随机杂波的细节丰富、色彩鲜艳的运动图像序列。
(6) 处理特殊效果图像的性能:含特殊效果 (如快速旋转、翻滚、变焦、淡入淡出、划像、翻页等) 处理的图像序列素材。
6 主观评价应用举例
根据以上原则, 选取了行业标准《标准清晰度数字电视主观评价用测试图像》中的四个图像序列作为测试图像, 分别对两个压缩编解码系统进行了双刺激连续质量主观评价, 图像序列如表1所示。主观评价在国家实验室广播电视规划院主观评价室中进行, 参加评价共34位专家, 主观评价结果如图4所示。
主观评价结果表明两个压缩编解码系统在相同码率下, 系统1处理后的图像质量好于系统2处理后的图像质量。此组测试图像对两个被测系统的色彩、清晰度、编码预测、运动估计可以起到较好测试效果。
参考文献
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[3]John Wiley and Sons.Digital Video Quality Vision Models and Metrics.
编解码系统 篇6
传统的长缆传输采用RS485电缆[1], 不加中继的最长传输距离可达千米;在分布式的节点数据采集中, RS485的总线型结构连接便利, 特别适合于数据在主从设备间分发;广泛用于矿井数据采集与传输[2,3]。随着井下作业区域的扩大, 线缆的长度常常达到1千米以上近10千米, 该需求使RS485电缆的无中继传输形式无法满足需求, 且作业环境没有添加中继的条件。施工中对线缆连接的兼容性要求高, 虽然也有防止极性错误的方法, 但须配备更多的设备[4]。此时长缆传输的方法必须调整。
2 编解码系统结构
为实现千米以上的单线缆传输, 并解决传输中的码间干扰、施工中线缆接口的极性兼容, 提高信号质量与操作便利性、减少设备冗余, 设计一种以FPGA器件为核心配以变压器的编解码系统, 结构如图1。CPU与RS485模块为原有传输模式, 充分利用原有结构与资源, 提取其中的发送接收控制信号与数据信息进入FPGA[5], 利用编码同步头做极性自适应处理, 数据信息按曼切斯特编码规则编解码[6,7,8], 所生成编码的变化量大于高速传输中常用的差分曼切斯特编码, 具有更鲜明的交流特性, 该交流特性特别适合用变压器做隔离传输, 电信号的幅度得以提升从而实现单线缆超长距离传输。
3 功能模块原理与设计
编解码模块采用ALTERA公司的Arria II GXFPGA, 此芯片具有丰富的存储器、逻辑和数字信号处理 (DSP) 模块资源, SERDES收发器具有优异的信号完整性, 而且该FPGA还具有基于ARM的硬核处理器系统, 进一步提高了集成度, 降低了功耗。编解码模块的核心功能为编码和解码, 为实现信号的极性兼容, 克服长缆低通特性对终端编解码信号的影响, FPGA芯片在做解码时需要通过时钟管理系统对接收到的信号作极性判别、同步时钟恢复、采样时钟生成等工作, 与之对应的编码器需要设计一个同步头。FPGA的内部结构如图2。主要包括数据传输方向判别单元、时钟管理系统、曼切斯特编码器和曼切斯特解码器, 数据以差分形式进入FPGA后转换为TTL电平进行编解码, 同样编解码系统处理后的TTL电平信号转换为差分形式从FPGA输出。数据的输入输出控制信号由原系统CPU提供接入方向判别单元, 分别使能编解码器。
3.1 编码单元
编码器包括图2中的存储区、头编码和曼切斯特编码单元。F PGA芯片的输入输出端口可由仿真软件设置为上拉、下拉或LVDS (Low-Voltage Differential Signaling低电压差分信号) 等各种类型, 根据设置的类型在运行时与内部的上拉、下拉电阻连接或浮空来实现定义功能。本系统中, FPGA芯片的输入端口和输出端口均置为LVDS属性作为高速差输入端, 发送接收传输线上的曼切斯特编码。系统采用标准曼切斯特编码, 0到1跳变表示0, 1到0跳变表示1。存储区存放编码同步头, 在头编码单元编码后打包嵌在发送数据的曼切斯特编码前端。编码时钟由FPGA内部高速时钟经计数产生。
编码同步头的设计要兼顾两方面特征, 一是要体现出它只是一个同步头[10]而非传输的数据, 另一方面要能作为解码时实现极性判别的依据。针对第一点, 解决方案有两种, 一是定义一串数据作为同步头, 该数据在传输过程中不会出现, 此时数据串的长度稍长;也可以通过其他编码规则数据的应用实现同步头的判别, 此方法对数据长度的要求不高, 可以节省存储空间, 但在数据编码上要做不同编码方式的转换。在曼切斯特编码过程中如图3, 相同数据的曼切斯特码具有连续变换的特性, 以“11”为例, 前一个“1”的高电平起点到后一个“1”的高电平起点恰为一个时钟周期, 两低电平起始点也同为一个时钟周期, 便于解出同步时钟。
为便于解码, 将编码同步头设计为一串自定义的曼切斯特编码加两位相同数字信号的形式。同时, 将该同步头保存在解码器中, 可实现编码极性兼容。
3.2 时钟管理系统
时钟管理系统能够产生编码单元所需的编码时钟, 更重要的功能在于生成解码单元的采样时钟, 是解码过程中的重要一步。时钟管理单元的输入为头数据和编码数据, 头数据解析后输出至极性判别单元, 编码数据的读取过程中做同步时钟的恢复和采样时钟生成, 将采样时钟输出给解码单元。
观察图3的曼切斯特编码波形, 同步时钟的一个周期内高电平和低电平的维持时间相等。在曼切斯特的一个编码周期中, 高低电平的时间相等;在连续相同的曼切斯特编码周期内如“11”或“00”, 高电平与低电平的翻转周期也形同;都与同步时钟的翻转周期一致, 且“11”周期内时钟相位也一致。
在头数据的处理过程中可以利用头数据最后两位相同数字信号和F PGA内部高速计数器进行同步时钟预估。在FPGA内设置两个计数器分别为T1、T2, T1在数据上升沿启动、下降沿清零, T2在数据下降沿启动、上升沿清零。以“11”为例, 在“1”的上升沿T1启动计数, 下降沿计数结束此时计数值为M;下降沿T2启动计数, 上升沿计数结束此时计数值为N;M、N值近似相等, 作为同步时钟高低电平的基本长度。
时钟的恢复过程为, 利用内部的高速计数器T1、T2对编码数据计数。当编码数据出现高电平时启动T1计数器, 计数值到M附近时若计数器被清零则同步时钟翻转;若计数值继续增加, 则在计数值为M处增加同步时钟翻转, 计数器计数值将会计到2M附近, 此时再进行同步时钟翻转。T1时钟结束计数时T2开始计数, 与T1的计数情况类似, 当计到N值附近同步时钟翻转, 若计数器未停则时钟插入翻转, 至计数值到2N附近时再次翻转, 换T1计数。采样时钟的生成在同步时钟的基础上, 当M、N值计数在处, 增加翻转。
3.3 解码器
通过时钟管理系统生成采样时钟后, 解码器的主要工作就是编码的极性判别和数据恢复。极性判别单元利用才牙膏时钟对头数据解码, 由于编码器中设计的头数据为非曼切斯特编码, 当采样时钟在连续的两个周期内采集到的数据没有跳变可看作是头数据, 若该数据与初始时存入的头数据相同视为同极性编码, 相反则视为反相编码, 须将采样后的数据反相。进一步的解码即按照标准曼切斯特解码规则进行。
4 变压器
PFGA的输入输出信号为差分信号或TTL信号, 整体电压值较低, 在实现长缆传输中必须增加驱动能力和辨识能力。在编解码系统的近传输线段利用变压器可显著提高发送功率, 有效做到电器隔离, 实现浮地, 易于施工时的电缆铺设。工程设计中选用了匝数比为1:4的变压器, 传输过程中能清晰表现出生成编码的交流特性。
5 仿真与测试结果
在modelsim软件中运行编解码系统的FPGA代码。编码过程的运行结果如图4所示。图中clk为内部时钟信号, rst为系统复位信号, serialdata为待编码的TTL信号, 经编码器运行得到输出信号为图中manch一行所示, 符合曼切斯特编码规则;并将此作为解码部分的输入。
解码过程的仿真结果如图5所示。图中clk、rst、manch分别为时钟、复位、线缆输入端的编码信号, 经时钟管理系统和解码器得到同步时钟sync、采样时钟dbl_bsb和解码后的数据serialdata。与图4对比图5所得的解码信号与编码端的TTL电平信号一致。设计完成的编解码系统经现场2公里、4公里长缆实测, 可以正确实现极性兼容并保证数据准确性。
6 结束语
本文设计的用于长缆传输的极性兼容编解码系统利用FPGA作为核心部件得以实现。以非规则编码实现同步头的识别与极性判断, 充分利用FPGA的内部资源和高速特征实现了同步时钟恢复与采样信号;编解码的运行效率高。使得原有的RS485系统能够在更长范围内实现单线缆传输。
参考文献
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编解码系统 篇7
Linux极大的继承了UNIX操作系统, Minix系统、GNU计划、POSIX标准和Internet网络的发展也极大的推动其发展。Linux系统内核由进程调度, 文件管理, 内存管理, 网络接口, 进程间通信组成。在Linux系统采取的一种树结构实现文件的管理, 所有文件都是从“根” (用“/”代表) 开始的, 这种树结构具有比磁盘分区更大的灵活性。
2 H.264标准
2.1 H.264编码器
2.2 H.264解码器
3 H.264的编译与移植
该文选择X264为编码器、FFMPEG作为解码器。通过编译移植的x264产生可执行文件压缩源视频文件, 输出.264文件;得到的编码文件经过ffmpeg解码器还原出视频文件。
在编译x264之前, 为了提升H.264的编码性能, 需要优化MMX、SSE, 因此首先编译安装yasm。
得到X264二进制可执行文件。
ffmpeg的编译需要一些库文件的支持, 在进行编译之前要移植这些库文件, 例如SDL库。
解压缩软件包
配置, 生成Makefile
编译完成后输入make命令进行下一步, 接着输入make install命令进行编译, 最终可编译得到ffmpeg可执行文件, 得到的可执行文件对H.264文件解码。
4 实验结果
在Linux系统下进行实验, 该文所用系统为Ubuntu, 视频文件格式yuv。将test.yuv视频文件放在可执行文件./H.264相同的文件夹下, 运行./H.264命令过程如“test.yuv编码过程”所示, 输出文件compress.264。
接着将得到的文件compress.264放到解码文件夹下, 并执行./ffmpeg命令, 解码过程如“compress.264解码过程”所示, 得到解码文件decode.yuv。
最后通过播放器查看原视频文件和经过编码、解码得到的视频文件, 并进行对比, 如图4所示。发现经过编解码的视频文件信息保持完好, 清晰度、视频播放的流畅性都与原视频相差不多, 基本满足需要。
5 结语
随着网路时代的进一步成熟, 如何将视频文件在网络环境下稳定、快速的传输是突出的问题, H.264编码方法为视频压缩提供了一种新方法, 实验验证该算法能够完好的编码源视频数据, 并通过ffmpeg解码, 经过解码的视频文件保持良好的完整性, 适合视频编码。
参考文献
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编解码系统 篇8
一、软硬件编解码播出服务器概述
1.硬件编解码服务器是基于IT网络架构的视频服务器, 它拥有独立的音频视频编解码模块, 支持热插拔, 基于嵌入式操作系统, 支持光纤及1394等各类型接口。硬件编解码方式, 在播出过程中很多的工作通过硬件编解码卡来完成, 如:播出数据的输入输出、播出数据的编码/解码等等。可以说80%以上的工作都是由硬件编解码卡来完成的, 因此对计算机平台特别是CUP、内存的依赖性就非常小, 在实际播出状态下, 系统资源占用率在5%以下。硬件编解这种占资源比较小的特性, 使得目前的多通道服务器都采用这种形式。
2.软件编解码服务器是采用高性能IT设备, 采用CPU+GPU+I/O的软解码形式, 由于I/O卡只承担一个接口的作用, 所有的运算都压在CPU和内存上, 在实际播出过程中资源占用率可以达到40%甚至更高, 但随着计算机的飞速发展, CPU/GPU性能得到显著提高, 编解码的可靠性及高效性得到充分体现。
二、软硬件编解码播出服务器区别
硬件编解码服务器的优点:1.基于硬件的编解码, 可靠性高, 它在解码过程中工作比较平稳, 极少会出现解码不完全出现马赛克的现象;2.基于嵌入式系统, 启动快速, 无须开启等待延时;3.在防御病毒和开启速度较快的方面也很像IT以太网络中的交换机, 断电复位和恢复都比较方便;4.几乎不存在内存泄露等问题;5.多任务实时性有保障。
软件编解码服务器的优点:1.编解码支持灵活, 仅需通过软件升级;2.设备基础硬件升级灵活, 无须定制、采购高性能IT设备即可, 性价比较高;3.随着计算机的飞速发展, CPU/GPU性能的显著提高, 编解码的可靠性及高效性得到充分体现。
同时两者也各有所短, 硬件编解码服务器有如下几个缺点:1.受主板槽位数限制, 单双通道数目有限;2.添加或者升级硬件, 必需打开机盖, 还需停机才能进行此类的操作;3.产品升级扩展受硬件影响大, 更新换代投入较高。
软件编解码服务器缺点:1.受限制于操作系统, 多任务实时性有待提高;2.存在内存泄露的风险;3.可能会出现解码不完全出现马赛克的现象;4.病毒入侵或出现其他异场现象时, 资源占用率急剧升高, 计算机反应比较慢的时候, 出现播出停顿不流畅现象。
三、软硬件编解码播出服务器互备异构模式优劣探讨
通过软硬件编解码播出服务器相互比较, 毋庸置疑, 无论选择哪一种类型的服务器, 都有它们的长处与短处。倘若能够结合两者优势做到1+1>2, 那么将给系统的设计实现带来很大好处。三门峡公共频道2频道硬盘播出系统就是在主播/备播的模式上加入了三备 (第三备份) 机制, 以主备播采用了硬件播出服务器互备的方式, 三备采用软编解码播出服务器 (旧播出服务器) 的输出, 播出时同时监控主/备/三备三路信号的输出, 当任何一路信号出现故障, 都可以快速地发现并予以解决, 在保证安全性的同时, 降低了系统的投入, 在播出过程中也得到了很好的反馈。经过几个月的运行, 软硬件编解码播出服务器的互备异构模式在实际应用中所展现出来的优势如下:
1.由于采用完全不同的编解码方式, 对于同一输入信号, 在监控主备两路输出信号的基础上, 可以很好地保证其预期输出, 更好地减少主备播同时掉线的潜在危险。
2.当出现特殊需求时, 例如需要添加视频编解码格式支持时, 可以在保证系统不下线的情况下实现安全升级。通常的做法是, 利用软件升级以保证软件编解码播出服务器达到新需求, 然后进行主备切换后, 如果要是对硬件编解码服务器进行升级, 可能需要更换硬件重置系统。这样便可以方便快捷地实现无缝的升级支持, 缩短了升级的时间并且简化了升级的流程。
3.由于软件编解码播出服务器对视频编解码格式支持的灵活性较高, 使用软件编解码服务器就可以在很大程度上扩展播出系统的使用范围, 播出系统将不再需要苛求视频信号源的编码格式。同时也可以通过软件编解码服务器对信号进行编解码, 以便在不更换硬件编解码服务器板卡/系统的前提下实现多格式视频支持。
与此同时在试运行期间, 软硬件编解码播出服务器互备的应用也遇到了一个很棘手的标准化问题。由于采用了软硬件编解码播出服务器作为互备, 两家编解码服务器厂商文件格式的使用方式又有一定的区别, 这种区别直接导致了第三方软件在控制两种编解码服务器时产生了不同的输出, 有时也可能出现同步问题。在实际应用中, 不可避免会遇到这样或那样的问题, 只有高效地解决好这些问题, 才能够做到资源优势的互补。
总之, 这种软硬件编解码播出服务器互备模式, 也是现在许多播出设备厂商提出的播出系统异构模式。如中科大洋提出的视频服务器异构应用模式分主备视频服务器异构和主备一致, 第三备份视频服务器异构两种模式。三门峡公共频道2频道硬盘播出系统就是主备一致, 第三备份视频服务器异构模式。这种播出系统异构模式就是从播出安全角度出发, 核心设备采用不同厂家产品, 以适配播出系统对内和对外的各类业务需求的一种设计模式。从概率上分析, 异构模式可以防止设备同时进入故障高发期, 防止因主备设备同时出现故障而陷入困境, 而且目前的播出系统除了传统的视音频设备外, 多数核心硬件设备都是软硬件的结合体, 从软硬件结合的系统级角度考虑, 异构更具实际意义。
参考文献
RS编解码过程及软件实现 篇9
1 RS码基本特性
在域GF(q)上,码长n=q-1的本原BCH码称为RS码。一般用(n,k)或(n,k,d)表示,n为码长,k为信息码元的数目,n-k为监督码元的数目,d表示码元距离。在所有线性分组码中,RS码具有最大的最小汉明距离。RS码的编解码是基于码元(每个码元m bit)的,过程中的运算都在伽罗华域上进行。域GF(2m)上的RS码是一类应用很广的RS码,同时,RS码也是一种循环码,每个码字都是其生成多项式的倍式。域GF(q)上的[n,k]循环码中,存在惟一的n-k次首一多项式g(x)=xn-k+gn-k-1xn-k-1+…+g1x+g0,每一码多项式C(x)都是g(x)的倍式,且每一个≤(n-1)次的g(x)倍式一定是码多项式,g(x)称为此[n,k]RS码的生成多项式,GF(q)上的[n,k]循环码的生成多项式g(x)一定是xn-1的因式,xn-1=g(x)h(x),h(x)为[n,k]RS码的校验多项式,它是 k次多项式。
2 RS编码原理
RS编码方式为系统码,码字多项式的第n-1次至n-k次系数是信息位,其余为校验位,这相当于C(x)=m(x)xn-k+r(x),式中 m(x)=mk-1xk-1+mk-2xk-2+…+m1x+m0是信息多项式,(mk-1,…,m1,m0)是信息位,而r(x)=rn-k-1xn-k-1+rn-k-2xn-k-2+…+r1x+r0是校验多项式,相应的系数是码元的校验位。编码过程即是根据k个信息码元及[n,k]RS码的特性获得n-k个校验码元的过程[1,2]。
[n,k]RS循环码的校验码元可根据校验多项式h(x)=hkxk+hk-1xk-1+…+h1x+h0获得。设系统码多项式为C(x)=cn-1xn-1+cn-1xn-2+…+cn-kxn-k+cn-k-1xn-k-1+…+c1x+c0,它的前k位系数。cn-1,cn-2,…,cn-k是已知的信息位,后n-k位系数。cn-k-1,cn-k-2,…,c1,c0 是需要求的校验位。因为码多项式必是生成多项式g(x)的倍式,故有C(x)=q(x)g(x),而h(x)C(x)=q(x)g(x)h(x)=q(x)(xn-1)=q(x)xn-q(x),q(x)xn的最低次数至少为n次,因此h(x)C(x)的乘积中,xn-1,xn-2,…,xk次的系数应为0,而xn-1的系数由cn-1-0h0+cn-1-1h1+…+cn-1-khk组成,xn-2的系数由cn-2-0h0+cn-2-1h1+…+cn-2-khk组成。因此
cn-k-1=-(cn-1h0+cn-2h1+…+cn-khk-1)
cn-k-2=-(cn-2h0+cn-3h1+…+cn-k-1hk-1)
…………………………
cn-k-(n-k)=c0=-(ckh0+ck-1h1+…+c1hk-1)
这表明码字C的第一个校验元cn-k-1可由k个信息元cn-1,cn-2,…,cn-k与h(x)的系数相乘得到,而由cn-2,cn-3,…,cn-k,cn-k-1可得到第二个校验元cn-k-2,再由cn-3,…,cn-k信息元和第一、第二校验元cn-k-1,cn-k-2可得到第三校验元cn-k-3。依此类推,可求得所有的n-k个校验元cn-k-1,cn-k-2,…,c1,c0。
根据以上的过程分析,可知RS编码的软件实现过程如下:(1)首先求出域GF(2m)中的所有元素并存储备用。(2)在[n,k,d]RS码中,其生成多项式是唯一的,由xn-1=g(x)h(x),可知校验多项式h(x)也是唯一确定的,且g(x)=(x-α)(x-α2)…(x-αn-k),根据伽罗华域上的运算规则可求出h(x)=(xn-1)/g(x)的各项系数。(3)据上面的分析,依次求出所需的校验元cn-k-1,cn-k-2,…,c1,c0。
超短波跳频电台具有定频通信、跳频通信、数据通信等功能,为增强数据传输的可靠性,对传输的数据进行了RS编解码的处理,取得了较好的通信效果。以RS编码在超短波跳频电台中的应用为基础,以m=5,(n0,k0,d)RS码为例,编码部分程序简列如下:
void rscode_m5(Uint8 a,Uint8 b,Uint8 c,Uint8 hxarray[])
{
Uint8 i,x,m,j,mod2sum;//存模2加的累计值
/* 补(n-n0)=a个信息符号‘00000’ */
for(i=0;i<a;i++)
{
degreearray[i]=31;
}
……………………………………/* 将k0=b个信息符号对应α的次数存入数组degreearray */
/* 求(d-1)=c个校验符号 */
for(m=0;m<c;m++)
{
i=m;//degreearray[]的下标索引为i
mod2sum=0;
for(j=0;j<(a+b);j++)//乘积个数计数器,hxarray[]的下标索引j
{
if(degreearray[i]!=31 && hxarray[j]!=31)
{
x=degreearray[i]+hxarray[j];
if(x≥31)x=x-31;
}
else x=31;
mod2sum=mod2sum ^ lookup_info[x];
i+=1;
}
rs_array[b+m]=mod2sum;//将校验符号存入数组rsarray
degreearray[a+b+m]=lookup_degree[mod2sum];
//将校验符号对应α的次数存入数组
}
}
3 RS译码原理
RS译码较编码过程复杂,其关键问题为错误位置多项式的求解。设发送的码字是C(x)=(cn-1xn-1+…+c1x+c0),通过q进制信道传输后,接收端译码器输入端得到的是R(x)=C(x)+E(x)=rn-1xn-1+…+r1x+r0,式中E(x)=(en-1xn-1+…+e1x+e0)是信道产生的错误图样,ci、ri、ei均是域GF(q)中的元素。
译码的主要任务就是从收到的R(x)计算出伴随式S(x),并由伴随式找出估计错误图样,即找到错误发生的位置及错误值,然后将接收码字与错误图样运算找到最可能发送的码字
距离为d=2t+e+1的线形分组码,能纠正t个错误同时纠正e个删除,若全部用来纠删可以纠正d-1个删除,因为d=n-k+1,故有2t+e=n-k。
伴随多项式是RS译码中一个非常重要的概念。伴随式S仅与错误图样有关,且完全由错误图样决定,而与发送码字无关,伴随式充分反映了信道的干扰情况,由它可计算出错误图样。伴随式的计算较简单。设接收码字R(x)=cn-1xn-1+cn-2xn-2+…+c1x+c0,把x=α代入上式得到s1,把x=α2代入得到s2,…,把x=α2t代入得到s2t,或表示为Sj=R(αj),j=1,2,…,2t 。
错误图样的计算是RS译码中的重要内容,它包括错误位置数的确定与错误值的计算两方面。通过伴随式S可构造2t个方程,求解出2t个未知数xi,Yi,(i=1,2,…,t,xi为错误位置数,Yi为错误值数),直接求解这2t个方程比较困难,所以分两步,先求xi,再求Yi。求错误位置就是求解错误位置多项式的根。采用Berlekamp-Massey Algorithm(BM迭代算法)可快速根据伴随式求出错误位置多项式。BM迭代算法自1966年提出后经不断改进,已较为成熟,它通过选择一组合理的初值δ(0)(x)和ω(0)(x),进行逐次迭代依次得到δ(1)(x),ω(1)(x),δ(2)(x),ω(2)(x),…,δ(i)(x),ω(i)(x),δ(i+1)(x)和ω(i+1)(x),最后得到δ(x)和ω(x)的最高次,从而得到满足关键方程S(x)δ(x)≡ω(x)(mod x2t+1)的δ(x)和ω(x)[1]。δ(x)即为错误位置多项式。得到错误位置多项式后,通过钱搜索方式可求得错误位置多项式的根。1964年,钱闻天提出的一种求δ(x)根的方法称为钱搜索。如在(15,9)RS码中,求得错误位置多项式的根为α3,α9,α12,它们的倒数即为错误位置α12,α6,α3,即错误位置发生在x12,x6,x3上。求出错误位置多项式δ(x)后,就可据式
计算出错误值Yj。错误位置数和错误值均求出后就可得到错误图样
以下以RS编解码在超短波跳频电台中的应用为基础,以m=5,(31,k,d)RS码为例译码程序简列如下:
void rsdecode_m5(Uint8 a,Uint8 b,Uint8 c,Uint8 del_num)
{
Uint16 i,j,L,x,y;
Uint8 mod2sum,fenmu,fenzi,error_max;
………………………………/* 将接收序列r(x)各项系数对应α的次数->degreearray[]*/
………………………………/*计算伴随式S并存入s_degree*/
rs_diedai(c,del_num);//通过BM迭代算法得到错误位置多项式[2],并将总错误位置多
//项式的标准形式存入error_degree,此处省略迭代过程
/* 钱搜索 */
j=0;
for(L=1;L≤31;L++)
{
mod2sum=0;
for(i=0;i≤error_max;i++)
{
if(error_degree[i]!=31)
{
x=error_degree[i]+L * i;
while(x≥31)
x=x-31;
}
else
x=31;
mod2sum=mod2sum ^ lookup_info[x];
}
if(mod2sum==0)
{
error_location[j]=31-L;//错误位置数
j+=1;
}
}
/* 求错误值 */
for(j=1;j≤error_max;j++)
{
……………………………/* 计算σji*/
……………………………/* 依上文所列式(1)计算分母,此处省略 */
fenmu=lookup_degree[mod2sum];//Y的分母(对应α的次数)
……………………………/*依上面所列式(1)计算分子,此处省略*/
fenzi=lookup_degree[mod2sum];
if(fenzi !=31)
{
if(fenzi<fenmu)fenzi=fenzi+31;
error_y[j-1]=fenzi-fenmu;/* Yj=分子/分母 */
}
else error_y[j-1]=31;
}
/* 计算错误图样e(x)*/
……………………将error_ex[0]至error_ex[30]先清/* 将Yj存入error_ex中的指定位置 */
for(i=1;i≤error_max;i++)
{
x=error_y[i-1];
y=lookup_info[x];
x=30-error_location[i-1];
error_ex[x]=y;
}
/* 输出译码结果,修正数组rsarray[20]中的信息符号和校验符号 */
for(i=0;i<(b+c);i++)
{
rs_array[i]=rs_array[i]^ error_ex[a+i];
}
}
4 结束语
RS编解码过程涉及域、线性分组码、生成矩阵、校验矩阵、伴随式等概念,初接触感觉较为复杂,文中将编解码过程做了总结并列出了编解码部分程序以供参考,文中所列程序在通信产品中多次使用,均达到设计要求。
摘要：结合RS码的基本特性,讲述了RS码的编解码过程,给出了经过实际验证的RS编解码在超短波跳频电台开发中的软件应用实例。实践表明,RS编解码在无线通信系统应用中具有灵活、可靠的特点。
关键词：伽罗华域,生成多项式,伴随多项式,错误多项式
参考文献
[1]王新梅,肖国镇.纠错码—原理与方法[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.