CN103297705A - 大型场馆专业级网络音视频实时处理方法及其*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其包括以下步骤：(1)建立大型场馆三维仿真结构；(2)设置音视频采集节点、音视频播放节点和声光信号采样节点；(3)设置多个摄像机；(4)设置多个分布式的音视频处理装置；(5)设置声光信号采样节点；(6)设置网络中央处理服务器；(7)设置多处音视频播放装置；(8)上述设备处于工作状态，多个摄像机从多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，交互给音视频处理装置进行处理后，传送给网络中央处理服务器；各处的采样节点将数据传输给该服务器，与音视频处理装置的数据根据预设程序进行对比、运算、调整后，传输给音视频播放装置。本发明还公开一种采用此方法的***。
Description
技术领域
本发明属于广播电视行业音视频制作播出设备领域，具体涉及一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，以及采用此方法的***。
背景技术
随着大规模集成电路技术出现，微处理器得到了飞速的发展，***处理端的结构有了明显的改进，控制方式也发生了很大变化，由原来的人工控制发展为以处理器为中心的单片机自动控制，人只要设定日常的操作即可，控制端还可对远端的图像采集***进行简单的控制，同时也引入了对音频的处理。
但是，现有的音视频实时处理***，存在***的处理速度有限、控制方式一旦确定无法进行修改，人机交互能力比较差等一系列问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种解决上述问题的一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，以及采用此方法的***。
本发明为实现上述目的而采用的技术方案为：
一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其包括以下步骤：
(1)建立大型场馆三维仿真结构，并进行三维声场、光场空间要素分析；
(2)通过分析软件在大型场馆三维仿真结构中，设置音视频采集节点、音视频播放节点和声光信号采样节点，并进行运算和优化；
(3)根据运算及优化结果，在实际大型场馆的音视频采集节点位置设置多个摄像机，用于进行音视频数据的采集；
(4)设置多个通过网络连接的分布式的音视频处理装置，对步骤(3)采集的音视频数据进行处理，并通过网络传输数据；所述音视频处理装置设有依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接；
(5)设置多处对所覆盖局部区域内播放的声光信号采样节点，用来收集所覆盖的局部区域内的声光信号，并通过网络传输；
(6)设置一网络中央处理服务器，用来接收、存储各分布式的音视频处理装置，以及各处采样节点传输的数据，仅进行运算、处理、输出；
(7)设置多处音视频播放装置，并通过网络与所述网络中央处理服务器连接，接收网络中央处理服务器输出的音视频信号并进行播放；
(8)将步骤(4)～(7)所述的设备处置于工作状态，多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，发送给音视频处理装置，音视频处理装置对收到的音视频数据进行处理，将处理后的数据传输给网络中央处理服务器存储和处理；各处的采样节点采样后将数据传输该服务器，服务器将采样信号与音视频处理装置的数据根据预设程序进行对比、运算、调整后，该服务器将处理后的音视频信号传输给音视频播放装置并进行播放。
所述步骤(4)具体包括如下步骤：
(41)音视频处理装置的初始化：用户通过LED液晶触摸屏发送控制命令给嵌入式***主控制芯片，对音视频处理装置的图像数据采集帧速率、图像解析度参数进行设定，对字符叠加器的字符尺寸、字符在图像上的位置参数进行设定，对音视频压缩卡的压缩参数进行设定；
(42)多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，并将采集得到的音视频数据发送给音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片；经模/数转换后，再将处理后的音视频数据转交给字符叠加器；
(43)字符叠加器接收到音视频数据，将需要叠加的字体的位置、字符在图像上的区域信息、配色方案、输出格式传送给字符叠加接口函数进行处理，再将处理结果交互音视频时钟同步电路；
(44)音视频时钟同步电路，对收到步骤(43)处理后的音视频数据进行处理，获得视频与音频同步的音视频数据，再将其转发给音视频压缩卡；
(45)音视频压缩卡接收到步骤(44)处理后的音视频数据后，首先，根据根据输入的音视频数据序号，确定当前音视频数据的编码类型，即为I帧编码或P帧编码；音视频数据经过I帧编码或P帧编码后生成MPEG-4标 准的压缩码流；
(46)音视频处理装置，将步骤(45)处理后的MPEG-4标准的压缩码流分别发送给网络中央处理服务器以及LED液晶触摸屏。
所述步骤(45)具体包括如下步骤：
(451)从音视频数据序列中获取一帧音视频数据，把它作为当前帧；当前帧若是I帧编码，转到步骤(452)；若是P帧编码，转到步骤(456)；
(452)获取当前帧宏块阵列的一个宏块的音视频数据，把该宏块作为当前宏块；对当前宏块每个子块的图像数据作DCT变换，对得到的每个子块的DCT系数做量化，对每个子块量化后的DCT系数做反量化，对反量化后的系数作IDCT变换；用IDCT变换得到6个子块的数据构造参考帧中与当前宏块对应的宏块；
(453)对当前宏块的每个子块量化后的DC系数和AC系数做预测编码；
(454)对当前宏块的每个子块经过预测编码后得到的DC系数差分值和AC系数差分值进行变长编码，把结果输出到码流中；当前宏块是最后一个宏块，重建参考帧，转到步骤(459)；否则转到步骤(452)；
(456)对当前帧做整像素和半像素运动估计，得到每个宏块的运动矢量和差分运动矢量，确定每个宏块的编码方式；
(457)获取当前帧宏块阵列的一个宏块，把该宏块作为当前宏块；当前宏块的编码模式是帧内编码；转到步骤(452)；否则，转到步骤(458)；
(459)对当前宏块做运动补偿，得到当前宏块与参考帧之间的数据差值，用参考帧的数据替换当前宏块的数据；转到步骤(457)；在完成一帧音视频数据的编码后，若要继续编码，转到步骤(451)；否则结束音视频数据的编码。
所述步骤(46)具体包括如下步骤：
(461)音视频处理装置，通过有线或无线的方式将音视频数据发送给网络中央处理服务器，所述网络中央处理服务器将音视频数据发送给刻录机或音视频播放装置；
(462)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给刻录机，所述刻录机 包括相互连接的一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘，用户通过音视频录像功能模块实现即时录像与调度录像功能；
(463)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给音视频播放装置进行实时播放；
所述步骤(462)与步骤(463)之间无先后顺序。
一种上述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法的***，其包括多个摄像机、一音视频处理装置、一网络中央处理服务器，一刻录机、以及一音视频播放装置，所述音视频处理装置分别与摄像机、网络中央处理服务器连接，所述网络中央处理服务器分别与刻录机、音视频播放装置连接；所述音视频处理装置，其包括依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接。
所述摄像机，其包括依次连接的一内置有CMOS传感器的CMOS摄像头、一图像处理器以及一音视频编码器，所述音视频编码器与音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片连接。
所述音视频处理装置还包括一与以太网接口模块连接的RJ45接口，一Wi-Fi模块连接的天线，所述音视频压缩卡分别与以太网接口模块、Wi-Fi模块连接。
所述音视频处理装置，其还包括一数据存储器，所述数据存储器用来存储字符叠加器进行处理的中间数据。
所述音视频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视频与音频的同步。
所述音视频压缩卡，其为MPEG-4音视频压缩卡；所述刻录机，其内置有一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘。
本发明通过采用嵌入式***主控制芯片，并采用抢占式的多任务、多线程、多用户的操作***，来增强本发明的速度；本发明的音视频处理装置在工作之前，用户可以根据当前的需要实时设定，打破了现有的音视频处理***控制方式单一的局面；本发明还通过于音视频处理装置上设置一LED液晶触摸 屏，增强了本发明的人机交互能力。
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构框架图；
图2为本发明的压缩算法流程图；
具体实施方式
参见图1～图2，本发明提供了一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其包括以下步骤：
(1)建立大型场馆三维仿真结构，并进行三维声场、光场空间要素分析；
(2)通过分析软件在大型场馆三维仿真结构中，设置音视频采集节点、音视频播放节点和声光信号采样节点，并进行运算和优化；
(3)根据运算及优化结果，在实际大型场馆的音视频采集节点位置设置多个摄像机，用于进行音视频数据的采集；
(4)设置多个通过网络连接的分布式的音视频处理装置，对步骤(3)采集的音视频数据进行处理，并通过网络传输数据；所述音视频处理装置设有依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接；
(5)设置多处对所覆盖局部区域内播放的声光信号采样节点，用来收集所覆盖的局部区域内的声光信号，并通过网络传输；
(6)设置一网络中央处理服务器，用来接收、存储各分布式的音视频处理装置，以及各处采样节点传输的数据，仅进行运算、处理、输出；
(7)设置多处音视频播放装置，并通过网络与所述网络中央处理服务器连接，接收网络中央处理服务器输出的音视频信号并进行播放；
(8)将步骤(4)～(7)所述的设备处置于工作状态，多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，发送给音视频处理装置，音视频处理装置对收到的音视频数据进行处理，将处理后的数据传输给网络中央处理服务器存储和处理；各处的采样节点采样后将数据传输该服务器， 服务器将采样信号与音视频处理装置的数据根据预设程序进行对比、运算、调整后，该服务器将处理后的音视频信号传输给音视频播放装置并进行播放。
所述步骤(4)具体包括如下步骤：
(41)音视频处理装置的初始化：用户通过LED液晶触摸屏发送控制命令给嵌入式***主控制芯片，对音视频处理装置的图像数据采集帧速率、图像解析度参数进行设定，对字符叠加器的字符尺寸、字符在图像上的位置参数进行设定，对音视频压缩卡的压缩参数进行设定；
(42)多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，并将采集得到的音视频数据发送给音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片；经模/数转换后，再将处理后的音视频数据转交给字符叠加器；
(43)字符叠加器接收到音视频数据，将需要叠加的字体的位置、字符在图像上的区域信息、配色方案、输出格式传送给字符叠加接口函数进行处理，再将处理结果交互音视频时钟同步电路；
(44)音视频时钟同步电路，对收到步骤(43)处理后的音视频数据进行处理，获得视频与音频同步的音视频数据，再将其转发给音视频压缩卡；
(45)音视频压缩卡接收到步骤(44)处理后的音视频数据后，首先，根据根据输入的音视频数据序号，确定当前音视频数据的编码类型，即为I帧编码或P帧编码；音视频数据经过I帧编码或P帧编码后生成MPEG-4标准的压缩码流；
(46)音视频处理装置，将步骤(45)处理后的MPEG-4标准的压缩码流分别发送给网络中央处理服务器以及LED液晶触摸屏。
所述步骤(45)具体包括如下步骤：
(451)从音视频数据序列中获取一帧音视频数据，把它作为当前帧；当前帧若是I帧编码，转到步骤(452)；若是P帧编码，转到步骤(456)；
(452)获取当前帧宏块阵列的一个宏块的音视频数据，把该宏块作为当前宏块；对当前宏块每个子块的图像数据作DCT变换，对得到的每个子块的DCT系数做量化，对每个子块量化后的DCT系数做反量化，对反量化后的系数作IDCT变换；用IDCT变换得到6个子块的数据构造参考帧中与当前 宏块对应的宏块；
(453)对当前宏块的每个子块量化后的DC系数和AC系数做预测编码；
(454)对当前宏块的每个子块经过预测编码后得到的DC系数差分值和AC系数差分值进行变长编码，把结果输出到码流中；当前宏块是最后一个宏块，重建参考帧，转到步骤(459)；否则转到步骤(452)；
(456)对当前帧做整像素和半像素运动估计，得到每个宏块的运动矢量和差分运动矢量，确定每个宏块的编码方式；
(457)获取当前帧宏块阵列的一个宏块，把该宏块作为当前宏块；当前宏块的编码模式是帧内编码；转到步骤(452)；否则，转到步骤(458)；
(460)对当前宏块做运动补偿，得到当前宏块与参考帧之间的数据差值，用参考帧的数据替换当前宏块的数据；转到步骤(457)；在完成一帧音视频数据的编码后，若要继续编码，转到步骤(451)；否则结束音视频数据的编码。
所述步骤(46)具体包括如下步骤：
(461)音视频处理装置，通过有线或无线的方式将音视频数据发送给网络中央处理服务器，所述网络中央处理服务器将音视频数据发送给刻录机或音视频播放装置；
(462)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给刻录机，所述刻录机包括相互连接的一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘，用户通过音视频录像功能模块实现即时录像与调度录像功能；
(463)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给音视频播放装置进行实时播放；
所述步骤(462)与步骤(463)之间无先后顺序。
一种上述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法的***，其包括多个摄像机、一音视频处理装置、一网络中央处理服务器，一刻录机、以及一音视频播放装置，所述音视频处理装置分别与摄像机、网络中央处理服务器连接，所述网络中央处理服务器分别与刻录机、音视频播放装置连接；所述音视频处理装置，其包括依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加 器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接。
所述摄像机，其包括依次连接的一内置有CMOS传感器的CMOS摄像头、一图像处理器以及一音视频编码器，所述音视频编码器与音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片连接。
所述音视频处理装置还包括一与以太网接口模块连接的RJ45接口，一Wi-Fi模块连接的天线，所述音视频压缩卡分别与以太网接口模块、Wi-Fi模块连接。
所述音视频处理装置，其还包括一数据存储器，所述数据存储器用来存储字符叠加器进行处理的中间数据。
所述音视频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视频与音频的同步。
所述音视频压缩卡，其为MPEG-4音视频压缩卡；所述刻录机，其内置有一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘。
本发明通过采用嵌入式***主控制芯片，并采用抢占式的多任务、多线程、多用户的操作***，来增强本发明的速度；本发明的音视频处理装置在工作之前，用户可以根据当前的需要实时设定，打破了现有的音视频处理***控制方式单一的局面；本发明还通过于音视频处理装置上设置一LED液晶触摸屏，增强了本发明的人机交互能力。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似方法及***结构来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)建立大型场馆三维仿真结构，并进行三维声场、光场空间要素分析；
(2)通过分析软件在大型场馆三维仿真结构中，设置音视频采集节点、音视频播放节点和声光信号采样节点，并进行运算和优化；
(3)根据运算及优化结果，在实际大型场馆的音视频采集节点位置设置多个摄像机，用于进行音视频数据的采集；
(4)设置多个通过网络连接的分布式的音视频处理装置，对步骤(3)采集的音视频数据进行处理，并通过网络传输数据；所述音视频处理装置设有依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接；
(5)设置多处对所覆盖局部区域内播放的声光信号采样节点，用来收集所覆盖的局部区域内的声光信号，并通过网络传输；
(6)设置一网络中央处理服务器，用来接收、存储各分布式的音视频处理装置，以及各处采样节点传输的数据，仅进行运算、处理、输出；
(7)设置多处音视频播放装置，并通过网络与所述网络中央处理服务器连接，接收网络中央处理服务器输出的音视频信号并进行播放；
(8)将步骤(4)～(7)所述的设备处置于工作状态，多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，发送给音视频处理装置，音视频处理装置对收到的音视频数据进行处理，将处理后的数据传输给网络中央处理服务器存储和处理；各处的采样节点采样后将数据传输该服务器，服务器将采样信号与音视频处理装置的数据根据预设程序进行对比、运算、调整后，该服务器将处理后的音视频信号传输给音视频播放装置并进行播放。
2.根据权利要求1所述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括如下步骤：
(41)音视频处理装置的初始化：用户通过LED液晶触摸屏发送控制命令给嵌入式***主控制芯片，对音视频处理装置的图像数据采集帧速率、图像解析度参数进行设定，对字符叠加器的字符尺寸、字符在图像上的位置参数进行设定，对音视频压缩卡的压缩参数进行设定；
(42)多个摄像机从大型场馆内多个预设的位置与角度采集得到音视频数据，并将采集得到的音视频数据发送给音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片；经模/数转换后，再将处理后的音视频数据转交给字符叠加器；
(43)字符叠加器接收到音视频数据，将需要叠加的字体的位置、字符在图像上的区域信息、配色方案、输出格式传送给字符叠加接口函数进行处理，再将处理结果交互音视频时钟同步电路；
(44)音视频时钟同步电路，对收到步骤(43)处理后的音视频数据进行处理，获得视频与音频同步的音视频数据，再将其转发给音视频压缩卡；
(45)音视频压缩卡接收到步骤(44)处理后的音视频数据后，首先，根据根据输入的音视频数据序号，确定当前音视频数据的编码类型，即为I帧编码或P帧编码；音视频数据经过I帧编码或P帧编码后生成MPEG-4标准的压缩码流；
(46)音视频处理装置，将步骤(45)处理后的MPEG-4标准的压缩码流分别发送给网络中央处理服务器以及LED液晶触摸屏。
3.根据权利要求2所述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其特征在于：所述步骤(45)具体包括如下步骤：
(451)从音视频数据序列中获取一帧音视频数据，把它作为当前帧；当前帧若是I帧编码，转到步骤(452)；若是P帧编码，转到步骤(456)；
(452)获取当前帧宏块阵列的一个宏块的音视频数据，把该宏块作为当前宏块；对当前宏块每个子块的图像数据作DCT变换，对得到的每个子块的DCT系数做量化，对每个子块量化后的DCT系数做反量化，对反量化后的系数作IDCT变换；用IDCT变换得到6个子块的数据构造参考帧中与当前宏块对应的宏块；
(453)对当前宏块的每个子块量化后的DC系数和AC系数做预测编码；
(454)对当前宏块的每个子块经过预测编码后得到的DC系数差分值和AC系数差分值进行变长编码，把结果输出到码流中；当前宏块是最后一个宏块，重建参考帧，转到步骤(459)；否则转到步骤(452)；
(456)对当前帧做整像素和半像素运动估计，得到每个宏块的运动矢量和差分运动矢量，确定每个宏块的编码方式；
(457)获取当前帧宏块阵列的一个宏块，把该宏块作为当前宏块；当前宏块的编码模式是帧内编码；转到步骤(452)；否则，转到步骤(458)；
(458)对当前宏块做运动补偿，得到当前宏块与参考帧之间的数据差值，用参考帧的数据替换当前宏块的数据；转到步骤(457)；在完成一帧音视频数据的编码后，若要继续编码，转到步骤(451)；否则结束音视频数据的编码。
4.根据权利要求2所述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法，其特征在于：所述步骤(46)具体包括如下步骤：
(461)音视频处理装置，通过有线或无线的方式将音视频数据发送给网络中央处理服务器，所述网络中央处理服务器将音视频数据发送给刻录机或音视频播放装置；
(462)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给刻录机，所述刻录机包括相互连接的一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘，用户通过音视频录像功能模块实现即时录像与调度录像功能；
(463)网络中央处理服务器，将音视频数据发送给音视频播放装置进行实时播放；
所述步骤(462)与步骤(463)之间无先后顺序。
5.一种实施权利要求1所述的大型场馆专业级网络音视频实时处理方法的***，其特征在于：其包括多个摄像机、一音视频处理装置、一网络中央处理服务器，一刻录机、以及一音视频播放装置，所述音视频处理装置分别与摄像机、网络中央处理服务器连接，所述网络中央处理服务器分别与刻录机、音视频播放装置连接；所述音视频处理装置，其包括依次连接的一嵌入式***主控制芯片、一字符叠加器、一音视频时钟同步电路以及一音视频压缩卡；所述音视频处理装置还包括一LED液晶触摸屏，所述LED液晶触摸屏分别与嵌入式***主控制芯片、音视频压缩卡连接。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述摄像机，其包括依次连接的一内置有CMOS传感器的CMOS摄像头、一图像处理器以及一音视频编码器，所述音视频编码器与音视频处理装置的嵌入式***主控制芯片连接。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述音视频处理装置还包括一与以太网接口模块连接的RJ45接口，一Wi-Fi模块连接的天线，所述音视频压缩卡分别与以太网接口模块、Wi-Fi模块连接。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述音视频处理装置，其还包括一数据存储器，所述数据存储器用来存储字符叠加器进行处理的中间数据。
9.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述音视频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视频与音频的同步。
10.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述音视频压缩卡，其为MPEG-4音视频压缩卡；所述刻录机，其内置有一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘。
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