Вещательная кодирующая группа MPEG "Кодер-декодер"
MPEG BROADCAST CODING GROUP "ENCODER-DECODER"

Область техники
Изобретение относится к области телевидения и радиовещания и может быть использовано в составе оборудования головных станций телевидения, центров формирования телевизионных сигналов, центров управления сетями связи и аппаратно-студийных комплексов передвижных телевизионных сигналов.
Уровень техники
Из уровня техники известен ряд устройств, выполняющих функции кодирования и декодирования телевизионных и радиосигналов.
Так, в частности, известно устройство Matrox Monarch EDGE 4K/Multi-HD Remote Production (REMI) Encoder and Decoder, объединяющее в себе кодер и декодер. Данное устройство предназначено для работы с протоколом передачи данных MPEG TS и способно взаимодействовать как с видеоинтерфейсом 3G-SDI, так и с видеоинтерфейсом 12G-SDI. Устройство оборудовано LCD экраном, на который выводится информация о статусе процессов кодирования/декодирования сигнала, а также отображаются текущие настройки.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является раскрытый в документе US20090238263 кодер-декодер. Указанное устройство выполняет кодирование сигнала, преобразовывая множество не компрессированных HD-SDI потоков в транспортный поток MPEG-2 и параллельно генерируя IP пакеты, а также декодирование: принимает поток MPEG-2/ IP и преобразует его в не компрессированные потоки HD-SDI, которые могут быть выведены на дисплей. Кодер-декодер также может выполнять преобразование сигналов формата DVB-ASI и предполагает наличие программ управления. Состояние процесса кодирования/ декодирования отображается на экране и позволяет пользователю вносить изменения. Устройство также выполняет компрессию сигнала.
Преимуществом предложенного устройства по сравнению с кодерами-декодерами, известными из уровня техники, является возможность автономного использования кодера и его составных частей: в конструкцию кодера входит три независимые платы ввода-вывода сигнала, каждая из которых может обеспечить работу устройства в отсутствие двух других. Еще одним преимуществом устройства является его универсальность за счет использования нескольких библиотек для кодирования и декодирования видео-аудио сигналов различных форматов, что делает возможным прием сигналов от различных источников сигналов, таких как камеры и устройства автоматизации вещания, и вывод сигналов для различного приемного оборудования сигналов, в частности для видео матриц и микшерских пультов.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка вещательного кодирующего устройства с возможностью ввода видео-аудио сигналов от различных источников сигналов (камеры, устройства автоматизации вещания и т.д.) и вывод видео-аудио сигналов для различного приемного оборудования сигналов (видео матрицы, микшерские пульты и т.д.
Раскрытие изобретения (формула)
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются путем выполнения вещательной кодирущей группой MPEG из высокопроизводительной серверной платформы, трех плат ввода-вывода данных и двух программных модулей. Где платы ввода-вывода представлены платой PCI с видеоинтерфейсами 3G-SDI и ASI, платой PCI с аппаратной компрессией и видеоинтерфейсом SDI и платой PCI с видеоинтерфейсом 12G-SDI, а программные модули - модулем кодирования-декодирования сигналов и модулем управления.
Плата с аппаратной компрессией состоит из модуля компрессии видео-аудио сигналов, модуля управления, модуля синхронизации вывода сигналов и модуля вывода SDI сигналов. Количество интерфейсов ввода SDI сигнала может составлять от одного до четырех, модуль захвата SDI сигналов принимает сигналы форматов SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI, модуль вывода сигнала предназначен для вывода сигналов форматов SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI, а аппаратная компрессия сигналов осуществляется библиотеками кодирования MPEG-4.
Плата PCI с видеоинтерфейсом 12G-SDI состоит из модуля захвата SDI сигналов, модуля управления, модуля синхронизации вывода SDI сигналов и модуля вывода SDI сигналов. Количество интерфейсов ввода SDI сигналов может составлять от одного до четырех, модуль захвата сигналов производит захват сигналов формата SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI, модуль вывода сигналов осуществляет вывод декомпрессированных сигналов формата SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI.
В архитектуру программного модуля кодирования-декодирования входит модуль кодирования видео, модуль кодирования аудио, модуль декодирования видео, модуль декодирования аудио, модуль синхронизации, модуль генерации DVB PSI/SI и модуль мультиплексирования. Для компрессии исходного видеосигнала модулем кодирования видеосигнала используются библиотеки кодеков MPEG-4, JPEG 2000, HEVC. Компрессия исходного аудиосигнала осуществляется модулем кодирования аудио посредством библиотек кодеков Stereo Codec AAC, MPEG1 Layer2, MPEG-4 HE-AAC. Декодирование компрессированных аудио-видео сигналов осуществляется библиотеками кодеков MPEG-4, JPEG 2000, HEVC, Stereo Codec AAC, MPEG1 Layer2 и MPEG-4 HE-AAC.
В архитектуру программы управления входят модуль пользовательского интерфейса, модуль представления данных, модуль основных функций, база данных и модуль связи с внешними устройствами. Причем пользовательский интерфейс формируется с использованием WEB-сервера, а доступ к нему осуществляется через браузер. Взаимодействие с системами управления выполняется с использованием протоколов JSON-RPC и SNMP.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана архитектура платы PCI с аппаратной компрессией.
На фиг. 2 показана архитектура платы PCI с видеоинтерфейсом 12G-SDI.
На фиг. 3 показана архитектура программного модуля «Кодер-декодер видео».
На фиг. 4 показана архитектура программного модуля «Кодер-декодер. Управление и контроль».
Осуществление изобретения
Предложена вещательная кодирующая группа MPEG «Кодер-Декодер», состоящая из высокопроизводительной серверной платформы, трех плат ввода-вывода данных и двух программных модулей. В частности в конструкцию устройства входит плата PCI с видеоинтерфейсами 3G-SDI и ASI (плата 3G), плата PCI с аппаратной компрессией (плата компрессии) и плата PCI с видеоинтерфейсом. 12G-SDI (плата 12 G). Плата компрессии также имеет SDI видеоинтерфейс. Кодирование и декодирование сигналов осуществляется программным модулем «Кодер-декодер видео» (Кодер). Управление параметрами кодирования и декодирования осуществляется программным модулем «Кодер-декодер. Управление и контроль» (Управление).
Высокопроизводительная серверная платформа выполняет программные коды Кодера и Управления, предоставляет интерфейсы для обмена информацией с управляемыми устройствами, а также предоставляет функцию опорных часов.
Архитектура платы компрессии представлена на фиг. 1. Плата компрессии включает модуль захвата SDI сигнала, производящий захват сигнала, определяющий его корректность и передающий его в модуль компрессии видео-аудио сигналов, где осуществляется аппаратная компрессия сигналов библиотеками кодирования MPEG-4. Модуль захвата SDI сигналов предназначен для захвата сигналов формата SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI. Количество интерфейсов ввода SDI сигналов может быть от одного до четырех. Конфигурация параметров модулей форматов входных/выходных сигналов и параметров компрессии осуществляется модулем управления. Модуль синхронизации вывода сигналов производит захват сигнала синхронизации и на основании полученных данных осуществляет синхронизацию выходных сигналов. Декомпрессированные сигналы выводятся с помощью модуля вывода SDI сигналов. Модуль вывода сигналов также предназначен для работы с сигналами форматов SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI. Количество интерфейсов вывода сигналов также может быть от одного до четырех.
В архитектуру Платы 12G, представленную на фиг. 2, входят модуль захвата SDI сигнала с 1-4 интерфейсами ввода сигнала, модуль управления, модуль синхронизации вывода SDI сигналов и модуль вывода SDI сигналов. Модуль захвата SDI сигнала производит захват SDI/3G-SDI/6G-SDI/12G-SDI сигнала и определяет его корректность. Модуль управления производит конфигурацию параметров модулей форматов входных/выходных сигналов. Модуль синхронизации вывода сигналов производит захват сигнала синхронизации и на основании полученных данных производит синхронизацию выходных сигналов. Вывод декомпрессированных SDI/3G-SDI/6G-SDI/12G-SDI видео-аудио данных осуществляется через модуль вывода SDI. Модуль вывода имеет 1-4 интерфейса вывода сигнала.
Архитектура программного модуля Кодер представлена на фиг. 3 (выделена темно-зеленым). Данный модуль осуществляет кодирование и декодирование сигналов и включает: модуль кодирования видео, модуль кодирования аудио, модуль декодирования видео, модуль декодирования аудио, модуль синхронизации, модуль генерация PSI/SI и модуль мультиплексирования. Модуль кодирования видео предназначен для высокоэффективной компрессии исходного видеосигнала библиотеками кодеков MPEG-4, JPEG 2000, HEVC и формирования элементарного потока (ES). Модуль кодирования аудио предназначен для высокоэффективной компрессии исходного аудио сигнала библиотеками кодеков Stereo Codec AAC, MPEG1 Layer2, MPEG-4 HE-AAC и формирования элементарного потока (ES). Модуль синхронизации передает точное время согласно SMPTE 2059. Модуль генерация PSI/SI генерирует таблицы DVB PSI/SI. Модуль мультиплексирования осуществляет мультиплексирование элементарных потоков, синхронизацию видео и аудио на основе сгенерированного сигнала синхронизации и формирование MPEG-TS потока. Декодирование компрессированных видео-аудио потоков также осуществляется библиотеками кодеков MPEG-4, JPEG 2000, HEVC, Stereo Codec AAC, MPEG1 Layer2 и MPEG-4 HE-AAC.
На фиг. 4 представлена архитектура программного модуля Управления. Управление включает модуль пользовательского интерфейса, модуль представления данных, модуль основных функций, модуль «База данных» и модуль связи с внешними устройствами. Модуль пользовательского интерфейса предназначен для обеспечения пользовательского ввода-вывода в соответствии с ролями пользователей на основании информации, сформированной модулем представления данных, а также для аутентификации и авторизации пользователей. Пользовательский интерфейс формируется с использованием WEB-сервера, доступ к интерфейсу осуществляется через браузер. Модуль представления данных формирует представление уровня услуги, представление уровня компонентов, представление значений показателей качества работы устройства и результатов анализа входных сигналов. Модуль основных функций обеспечивает качество кодирования и декодирования потоков посредством формирования, актуализации и применения оптимальных конфигураций устройства, формирует и актуализирует информацию о доступных ресурсах (свободных входах/ выходах, загрузке сетевых интерфейсов). Данный модуль также осуществляет диагностику состояния и мониторинг работы устройства, а также настройку параметров мониторинга устройства, настройку параметров кодирования (выбор источника кодирования, формат сигнала, битрейт кодирования и т.д.) и параметров декодирования (настройка входного порта, выбор выходного порта). К функционалу модуля основных функций также относится мониторинг и отображение состояния потоков данных на устройстве, управление коммуникациями с системами управление УВП и сторонними системами, управление коммуникациями с базой данных и управления функциями времени. Взаимодействие с системами управления выполняется с использованием протоколов JSON-RPC и SNMP.
Модуль «База данных» модуля Управление предназначен для хранения информации о доступных ресурсах (устройствах, их загрузке и т.п.), информации уровней услуг и устройства, компонентов (например, информации о конфигурациях устройства, эффективных конфигурациях и т.п.). В «Базе данных» также хранится информация, необходимая для идентификации и авторизации пользователей; результаты анализа сигналов/потоков, логи и диагностической информации. Модуль связи с внешними устройствами предназначен для формирования протоколов и выполнения обмена информацией с системой управления УВП и сторонними системами управления.
Как следует из описания возможного выполнения заявленного изобретения, предложенная вещательная кодирующая группа MPEG обеспечивает достижение заявленного технического результата, а именно позволяет осуществлять кодирование сигналов форматов SDI, 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI. При этом каждая из трех плат - плата компрессии, Плата 3G и Плата 12G - является автономной и может быть использована отдельно, вне зависимости от двух других. Варианты выполнения устройства, где число видеоинтерфейсов ввода-вывода превышает два, позволяют работать с несколькими потоками данных одновременно. Возможность работы с несколькими различными форматами данных с использованием библиотек кодеков MPEG-4, JPEG 2000, HEVC, Stereo Codec AAC, MPEG1 Layer2 и MPEG-4 HE-AAC позволяет использовать устройство для приема сигналов от различных источников, таких как камеры и устройства автоматизации вещания, и вывода сигналов для различного приемного оборудования, в частности для видео матриц и микшерских пультов.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленных изобретательских задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.