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AVS在智能家庭网关中的应用

刘婷; 陆以勤; 张勰| AVS,智能家庭网关,MPEG-X,H.264,视频媒体,可视电话,数字电视| 2010-11-29
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【中心议题】

  • 分析了将AVS标准引入智能家庭网关的可行性
  • 指明AVS在家庭网关中可实现的综合性业务

【解决方案】

  • 操作系统采用嵌入式Linux,其上层进行了Microwindows图形用户接口和J 2 M E的设计
  • Z i g b e e射频收发模块控制家庭网内具备Zigbee标准接口的家庭用具

1 AVS

A V S标准是“信息技术先进音视频编码”系列标准的简称,包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准,是基于我国创新技术和公开技术制定的开放标准,旨在为中国日渐强大的音视频产业提供完整的信源编码技术方案。

1.1提出背景

新一代数据压缩技术编码思想由基于像素和像素块转变为基于内容,通过去除内容冗余实现数据压缩,可分为基于对象(属于中层压缩编码)和基于语义(属于高层压缩编码)。视频编码相关标准的制定日趋完善,主要由I T U-TISO/IEC开发。ITU-T发布的视频编码标准有H.261H.262H.263H.263+H.263++ISO/IEC公布的M P E G系列标准有M P E G-1M P E G-2M P E G-4M P E G-7M P E G-2 1

进入新世纪,以数字电视为龙头的数字音视频、通信和计算机产业,一同构成我国信息产业。据预测,数字音视频产业将在2008年超过通信产业,在2010年成为国民经济第一大产业。巨大的市场商机面前,标准化是产业活动成功的前提。

1.2对民族音视频产业的意义

目前通用的M P E G-4协议除了对终端设备编码解码器收费外,还对编码解码时间收费。而H.264则除终端设备编码解码器收费外,还要对节目提供商/运营商收取参加费,最高封顶每年350万,非常昂贵,且在H.264标准上拥有专利的厂商众多,有MPEG LAVIA两个专利池,拥有专利的厂商分别为17家和5家,此外还有单独收取授权费的汤姆逊,将来可能出现二十几家公司共同收取专利费的局面。可见,A V S取代M P E G-4H.2 6 4对民族音视频产业有着重要意义。

 

1.3在家庭网关中应用的可行性

1.3.1数字信息接收机

无论采用A V S标准还是其他标准,均以解码芯片为物理实现,芯片和整机其他部分之间的接口可以统一,也就是说,通过更换解码芯片,可以让一台数字信息接收机支持不同的信源标准。因此采用A V S标准进行换代或替换,成本并不高昂。

1.3.2数字电视运营

数字电视运营系统包括三个主要环节:制作、播出、传输,其中制作(电视台演播室)和传输(数字电视传输网)是投入最大的部分,但两者都与播出节目所采用的格式无关,因此A V S唯一要求增加的是编码器,在不影响这些设备的既有投入的同时,采用A V S得到的回报远大于替换编码器的投入:至少节省一半传输带宽资源;为标清业务部署的传输系统可直接提供高清业务;电视网传输的节目容量扩大一倍;为国有资源的地面广播节省一半的无线频谱资源。

1.3.3网络媒体传播

实现了内容发布、运维支撑和网络分发子系统与多媒体数据编码格式完全无关,进行A V S升级时只需要对原M P E G-4H.2 6 4方案的内容导入和内容播放模块进行少量更新,其他共用组件部分不需改变,A V S完全具备在使用M P E G-4H.2 6 4的系统中进行平滑升级的可能。

2智能家庭网关的基本模型

智能家庭局域网一般包含三种类型的子网:(1)以家庭自动化为目标、以现场总线为基础的低速控制网络,要求数据传输可靠性特别高,以免因产生误动作而引发家居生活不便甚至安全隐患;(2)以通信和设备共享为目的家庭计算机网络;(3)多媒体信息网络是典型的宽带网络,也是下一代智能家居重点发展的子网类型。

 

2.1基于AVS智能家庭网关的实现方案

2.1.1硬件实现方案

我们提出的智能家庭网关的总体结构如图1,操作系统采用嵌入式Linux,其上层进行了Microwindows图形用户接口和J 2 M E的设计。外部网络可以通过w e b方式访问、查询和控制家庭内部网,同时也通过R J 4 5网络有线连接外网;Z i g b e e射频收发模块控制家庭网内具备Z i g b e e标准接口的家庭用具。在家电控制器上加载Zigbee无线模块,通过Jini技术,网络用具就成为家庭分布式网络的一个节点。

 

2.1.2软件平台软件的开发步骤

S3C2410X集成了内存管理单元,可以嵌入多种主流操作系统。系统开发和部署如下:(1)在主机上安装Linux嵌入式编译和开发环境;(2)下载CDC及其profile,本系统采用P e r s o n a l P r o f i l e;同时下载O S G I Framework,选用基于OSGi R3Oscar框架;(3)裁减Linux嵌入式操作系统,并修改相应的配置文件,交叉编译Linux的内核和组件,生成操作系统镜像文件,通过bootloader把镜像文件下载到目标系统中;(4)在PC上交叉编译CVMOSGi Framework,然后通过ftp把编译文件移植到目标板;(5)按照需求编写相应的bundle服务应用程序、图形用户管理程序等,编译并下载到目标系统;(6)采用A V S对语音电话、视频监控、可视电话、媒体共享和远程监控服务产生的媒体流进行编解码以及技术标准支持。

2.2基于AVS的智能家庭网关中视频流传输模型

基于AVS的智能家庭网关中视频流传输模型如图2所示。

 

本文的家庭网关采用ARM-Linux2.4.18作为操作系统平台,提供USB 1.0接口和10Mbps的以太网接口。系统采用带U S B接口的W E B E Y E V 2 0 0 0摄像头实现视频信号的采集,通过U S B接口与家庭网关相连,摄像头捕捉视频原始数据通过U S B接口传输到家庭网关,家庭网关对视频流进行A V S压缩编码,编码后以R T P/R T C P为传输控制协议实现视频在网络上的可靠传输,将码流以R T P协议打包经过Internet传输到接收端;接收端利用SDL播放器实现了视频的实时解压和回放,从而在家庭网关上实现了实时传输视频流的效果。图2展示了基于A V S的智能家庭网关中视频流传输模型。

3智能家庭网关中AVS的业务应用

3.1视频媒体共享

通过统一的多媒体中心网站将流媒体综合服务平台包含的多种应用服务集成起来,为用户提供统一的界面,家庭网关处理流经的信息,在不同的终端实现用户的查询、点播、观看直播,并提供统计和信息反馈功能。

在包括点播、视频通信类、游戏类、各种信息服务类、远程教学、远程医疗类的增值业务的普及推广下,从关键因素—网宽、终端接受能力和消费者支付能力考虑,如表1所示,采用A V S是必然的结果。

3.2可视电话

本文使用的嵌入式系统以数字摄像头作为视频信号的输入接口,配备了音频输入输出接口。该嵌入式系统使用的内核版本为2.4.18,支持芯片型号为ov511的数字摄像头。N G N终端上配备了1 0 M以太网网卡,并通过局域网连接。以上为实现音视频会话提供了硬件基础。在SIP呼叫控制层面使用了INVITE180Ringing200ok等方法建立SIP连接,一旦参与会话的双方通过SIP信令获知了对方的媒体信息、IP地址等信息后,可通过R T P协议建立流媒体通道,实现音视频通话。

A V S应用于视频电话系统构建的视频会议/电话系统,能够在有限带宽的网络环境为用户提供清晰流畅的视频图像。用户使用普通的电视机,配备视频采集设备、带耳机和麦克风的P C机、网络会议/电话传输系统,即可实现基于IP网络的视频会议。与传统的桌面PC会议/电话系统相比,更易于实现网络应用。

 

3.3数字电视

A V S主要产品形态之一的整机,包含了A V S机顶盒、A V S硬盘播出服务器、A V S编码器、A V S高清晰度激光视盘机、A V S高清晰度数字电视机顶盒和接收机、A V S手机、A V S便携式数码产品等。其中图3为数字电视中A V S标准的实现流程。

 

 

A V S标准在数字电视系统[5]的关键产品实现是A V S编码器和A V S解码芯片。前者能够把各种输入音视频信号编码压缩为A V S码流,用于数字电视节目播出。后者作为数字电视机顶盒或接收机中的核心芯片,嵌在其中。

与目前大范围采用及推广的M P E G-2国际标准比较,AVS的编码效率要高23(高清晰度电视可达到3倍或更多),与ISO/IEC MPEG-4 AVC标准和ITU H.264标准编码效率相当,技术方案更简洁。A V S可节省一半以上的无线频谱和有线信道资源,降低传输和存储系统的复杂程度,显著降低传输、存储设备与系统的经济投入。

考虑了对数字版权管理的需求,包含了核心档、网络电视档、广播档的A V S D R M(D i g i t a l R i g h t s Management)体系提供了可靠的数字版权管理,通过与子网对应的设备A D域,以及与A S上自助运营的用户权限管理,在不影响用户通过不同类型的宽带终端设备共享家庭媒体资源的基础上,实现了对内容数字版权的保护,为内容提供商解除了后顾之忧,为宽带内容市场的健康有序发展提供保障。

4结束语

A V S相关的数字电视广播、I P T V、无线移动多媒体通信等应用正蓬勃发展,为A V S的成长壮大提供了巨大的发展空间。通过分析国内外标准和知识产权领域的经验教训,特别是标准制定和专利授权割裂的弊端,A V S走出一条技术、标准、知识产权协调发展的道路,将专利的利益索求限制在一个合理的水平上以保证标准的公益性,从而奠定其将来的市场基础。

A V S引入家庭网关将是一种综合性尝试,既是满足多媒体信息以更优质的形式进入家庭多元化业务的客观需求,也是下一代智能家居子网—多媒体信息网络重点发展的必然需求,更是对我国制定的先进、自主、开放的音视频编解码技术标准一种有力的支持。

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