Разработка структурной схемы устройства кодирования-декодирования

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