DE19528889A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Videocodierung von PC - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 näher bezeichneten Art auf dem Gebiet der PC-Verwendung für Multimediazwecke. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind aus Firmenschriften der Fir­ men Optibase Advanced Sytems, Israel und Optivision INC., USA bekannt.

Mit der Codierung von Videosequenzen nach dem MPEG-Standard ist die Möglichkeit gegeben, die zu übertragende Datenrate bei digitaler Übertragung für solche Sequenzen um Größenord­ nungen gegenüber herkömmlicher Digitalisierung zu vermindern. (Etwa 1% der ursprünglichen Datenrate). Die damit zu errei­ chende Bildqualität entspricht dabei etwa der, welche heute mit der allgemein bekannten SVHS-Technik erreicht wird. Bei höheren Datenraten, etwa (5 . . . 10%) der ursprünglichen, kann eine Bildqualität erreicht werden, die der PAL-Qualität der kommerziellen Fernsehübertragung entspricht. Besonderes Au­ genmerk für eine breitgefächerte Anwendung solcher Verfahren ist dabei der PC-gestützten Codierung zu widmen, da durch den Einsatz von PC-Zusatzbaugruppen erhebliche Preisvorteile gegenüber eigenständigen Codiereinrichtungen erreichbar sind.

Bei den PC-gestützten MPEG-Codern wird ein erheblicher Teil der Organisation und die aufwendige Bildspeicherung vom PC übernommen, wodurch der Coder wesentlich vereinfacht und preisgünstiger wird. Damit wird auch mittelständischen Anwen­ dern die Möglichkeit der Nutzung dieser Technik geschaffen.

Die PC-gestützten MPEG-Codierverfahren beruhen prinzipiell immer auf folgender in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Die, von der Video- und Audioquelle (Kamera, Videorecorder usw. gelieferten Sequenzen werden nach der Digitalisierung dem PC- gestützten MPEG-Encoder zugeführt und dort, entsprechend den vorgegebenen Parametern zu einem MPEG-Datenstrom kodiert.

Über den Datenbus des PC (EISA oder ISA) und dem Festplatten- Controller (üblicherweise ein SCSI-Controller) wird dieser Datenstrom zur im PC installierten Festplatte übertragen und dort abgespeichert. Dieses Codieren geschieht mit bekannten Zusatzboards in Echtzeit. Ein Beispiel hierfür ist der MPEGLab-Pro der Firma Optibase. Nach der Codierung der gesam­ ten Videosequenz ist dann die Übertragung über Datenkanäle mit niedriger Bitrate, z. B. 2 MBit/s, die Decodieren in Echtzeit und letztlich die Wiedergabe über TV-Geräte möglich.

Als Nachteil ist hierbei anzusehen, daß eine gleichzeitige Live-Übertragung der in Echtzeit kodierten Sequenz während der Codierung nicht möglich ist. Mit heute gebräuchlichen Festplatten ist zwar ein quasi-zeitgleiches Schreiben und Lesen von Datenströmen allgemeiner Computeranwendungen mög­ lich, die Zeitbedingungen erfüllen dabei jedoch, selbst mit Festplatten des z.Zt. höchsten Entwicklungsstandes bei weitem nicht die Bedingungen, die bei einem wirklich gleichzeitigen kontinuierlichen Aufzeichnen und Lesen kodierter Videosequen­ zen zu stellen sind. Der in der PC-Technik übliche Multitas­ kingbetrieb erlaubt keine echte Gleichzeitigkeit beider Vor­ gänge. Der wiedergegebene Datenstrom hat Lücken, so daß nur Einzelbilder oder einige zusammenhängende Bilder, aber keine Beiträge größerer Länge mit der Aufzeichnung gleichzeitig abgegeben werden können.

Ein weiterer Nachteil der gegenwärtigen PC-gestützten Codierung ist die durch die Kapazität der Festplatten gegebene zeitliche Begrenzung des Datenstromes.

Mit der Erfindung soll eine preisgünstige MPEG-Codierung mit der Aufzeichnung auf die Festplatte des PC bei gleichzeitiger lückenloser Ausgabe des Datenstromes erreicht werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die vereinfachte PC-gestützte Codierung für diesen Zweck zu nutzen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch das im Kennzeichen des Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist im Kennzeichen des Patentanspruch 2 beschrie­ ben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Kennzeichen der Patentansprüche 3 und 4 beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen die

Fig. 1 den Stand der Technik, die

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit gleichzeitig nutz­ baren zwei Ausgängen, und die

Fig. 3 eine vereinfachte Ausführung mit zusammenge­ faßten Ausgängen.

Unter Beibehaltung der PC-Steuerfunktion für MPEG-Encoder und Festplatten-Controller gelingt es mit der Erfindung überra­ schend einfach, durch Echtzeitcodierung nach MPEG-Standard unter Zusammenfassung der Encoderfunktion mit dem Zwischen­ speicher zu einem Signalverarbeitungsprozeß, eine gleichzei­ tige Wiedergabe mit Live-Übertragung auszuführen und dabei die Notwendigkeit eines erweiterten Multitasking zu vermei­ den.

Es ist damit, wie bisher, eine Codierung von Videosequenzen in Echtzeit, eine Abspeicherung der kodierten Sequenzen auf der Festplatte des PC, und eine Übertragung der kodierten Sequenzen über Übertragungsstrecken mit niedriger Bitrate möglich. Dabei ist die Übertragungsdauer der Live-Übertragung nicht eingeschränkt. Der ausgangsseitige Videodatenstrom kann aber auch dem bekannten Videodatenstrom in einem Übertra­ gungsnetzwerk entsprechen.

Die zu kodierenden Video- und Audiosequenzen werden nach der Digitalisierung im PC-gestützten Encoder zu einem zur MPEG- Übertragung vorbereiteten Datenstrom formiert. Dieser Daten­ strom wird aber nicht wie bisher über den PC-Bus zum Festplatten-Controller geleitet, sondern zunächst einem zwischengeschalteten Speichermodul (z. B. einem dynamischen RAM) zugeführt.

Im Multi-User-Betrieb kann dieser RAM einesteils beschrieben, andererseits mehrfach ausgelesen werden. Im Gegensatz zur bekannten PC-gestützten MPEG-Codierung werden nicht nur wesentliche Teile der Organisation der Codierung und Auf­ zeichnug vom PC übernommen, sondern auch die Zwischenspei­ cherverwaltung. Gegenüber der Verwendung von Einzelgeräten ergibt sich eine erhebliche Aufwandsersparnis.

Über entsprechende Netzwerk-Interfaces ist nach vollständigem Kodieren einer Sequenz die Übertragung über Datenkanäle wie bisher möglich. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Speichers ist die zusätzliche Möglichkeit der Live-Übertra­ gung während der Codierung der Videosequenzen gegeben. Ein zweckentsprechend konzipierter Netzwerk-Controller liest die codierte Sequenz quasi-zeitgleich mit dem Festplatten- Controller aus dem Zwischenspeicher und liefert sie dem Netzwerk-Interface. Dieses wiederum realisiert die Übertragung über entsprechende Netze mit vorgegebener Datenrate.

Die Übertragung der kodierten Sequenz ist mit der vorgeschla­ genen Anordnung gleichzeitig, also als Live-Übertragung und nach Abruf der gespeicherten Sequenz möglich. Die Schnitt­ stellen zu den Übertragungsnetzen sind entsprechend den spezifischen Netzparametern zu konzipieren.

Die PC-Konfiguration nach Fig. 1 stellt die bekannte, den Signalfluß beschreibende, PC-gestützte Video-Codier-Station für die Video-Codierung in Echtzeit nach dem MPEG-Standard dar.

Die Eingangssignale von der Video- bzw. Audioquelle werden im MPEG-Encoder zum MPEG-Datenstrom komprimiert und über den Festplatten-Controller auf der Festplatte des PC abgespei­ chert. Erst nach Abschluß der gesamten Codierung einschließ­ lich Abspeicherung kann der MPEG-Datenstrom dann von der Festplatte abgerufen und an Übertragungsnetzwerke abgegeben werden.

Die PC-Konfiguration nach Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung bezüglich des Signalflusses für eine PC-gestützte Codierstation, die zusätzlich zu den Funktionen der Fig. 1 noch die gleichzeitige Live-Übertragung der kodierten Video­ sequenzen während laufender Codierung ermöglicht.

Vom MPEG-Encoder wird der kodierte Datenstrom nicht sofort zur Festplatte übertragen, sondern zunächst in einem Zwi­ schenspeicher (z. B. dyn. RAM) abgespeichert. Dieser Zwischen­ speicher stellt gegenüber der Eingangsseite ein virtuelles Laufwerk dar. Die Übertragung und Abspeicherung der Daten­ ströme erfolgt mit üblicher SCSI-Geschwindigkeit. Der Zwi­ schenspeicher arbeitet im Multi-User-Betrieb. Damit ist es möglich, den Datenstrom in herkömmlicher Weise zur Festplatte zu übertragen (Weg a).

Der Datenstrom kann nach Abschluß der gesamten Codierung über entsprechende Schnittstellen zum Übertragungsnetzwerk gegeben werden (Weg c).

Der zweite Ausgangsdatenstrom vom Zwischenspeicher fließt über den Weg b. Hier ist es möglich den kodierten Datenstrom mit definierter Bitrate auszulesen und bereits während lau­ fender Codierung zu übertragen. Damit ist die anzustrebende Live-Übertragung zu realisieren. Beide Übertragungswege sind gleichzeitig nutzbar.

In Fig. 3 ist die gleiche Vorrichtung dargestellt, wie in Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß aus Aufwandsgründen beide Ausgangsschnittstellen zusammengefaßt sind. Diese Ein­ sparung an Aufwand wird mit dem Verzicht auf die gleichzei­ tige mögliche Nutzung von zwei Ausgangsdatenströmen erkauft.

Claims (4)

1. Verfahren zur Videocodierung für PC, bei dem die Daten­ ströme der Video- und Audio-Quelle über eine PC-MPEG-En­ codierung einer Controller-gesteuerten Speicherung zuge­ führt und danach vom gleichen Controller wieder ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenströme zunächst zwischengespeichert werden und, für unverzögertes Auslesen, zusätzlich von einem Netzwerk-Controller gesteuert werden.

2. Vorrichtung zur Videocodierung für PC, unter Verwendung eines PC-MPEG-Encoders, eines Festplatten-Controllers und einer Festplatte eines PC, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Zwischenspeicher, insbesondere ein D-RAM, zwischen PC-MPEG-Encoder und Festplatten- Controller geschaltet und zusätzlich mit einem Netzwerk- Controller verbunden ist und daß, zusätzlich zur Festplatte, auch der Netzwerk-Controller mit einer Ausgangsschnittstelle versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ausgangsschnittstellen von Festplatte und Netzwerk-Controller angeschlossenen Netze getrennte Übertragungsnetzwerke bzw. Videodatenverbindungen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschnittstellen zu einer Baugruppe zusammenge­ faßt sind.