一種壓縮碼流分析儀的製作方法

2023-04-30 04:53:36 1

專利名稱：一種壓縮碼流分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種碼流分析儀，尤其涉及一種能夠對多種格式的壓縮碼流進行全面查驗和錯誤分析的壓縮碼流分析儀，屬於視頻分析儀器技術領域。
背景技術：
現有技術中只定義了壓縮碼流的語法結構和解碼過程，對編碼過程和算法並無定義。不同的研發者可以採用完全不同的算法，因此壓縮碼流中的參數具有很大的靈活性，這就要求解碼器能夠正確解碼符合標準語法規定的碼流。為了驗證壓縮碼流中語法元素的正確性和解碼器的解碼能力，需要對壓縮碼流和解碼器進行分析和測試，以判斷壓縮碼流以及解碼器是否符合相應的標準。隨著數字視頻技術的廣泛應用，針對壓縮碼流的分析、診斷需求日益增加。廣大技術人員迫切需要一種專門的碼流分析儀器，能夠用來熟悉碼流結構，運用協議分析工具對數字視頻系統進行簡單、常規的檢測，從而確保數字視頻系統正常運行。碼流分析儀能夠以最少的時間診斷並解決數字視頻系統中最不易察覺的、非常複雜的間斷性故障；提供對壓縮碼流全面深入的分析，驗證數字視頻系統工作是否正常，排查設備安裝及試運行期間所出現的各種故障，減少開發成本並增加效能。因此，碼流分析儀是數字視頻領域廣大技術人員的得力工具之一。目前，市場上的碼流分析儀以國外產品為主，典型產品如美國泰克公司 (TEKTRONIX)推出的MTS4EA碼流分析儀等。在主流容器/封裝格式方面，MTS4EA碼流分析儀只支持少數幾種容器/封裝格式，例如它只支持MPEG-2PA、MPEG-2TS、MP4、ASF和3GP這幾種容器/封裝格式，而本碼流分析儀支持的容器/封裝格式有MPEG-I System Stream, MPEG-2PS、MPEG-2TS、MP4、ASF、3GP和AVI。在對視頻標準中檔次和級別的實現方面，MTS4EA 碼流分析儀沒有實現解碼和分析MPEG4標準中的隔行壓縮碼流，因此MTS4EA無法支持 MPEG4的隔行壓縮碼流，而本碼流分析儀支持該功能，完成了 MPEG4隔行壓縮碼流的解碼和分析。在分析過程中提供的技術細節方面，MTS4EA碼流分析儀的宏塊檢查工具只是將所選宏塊的Y和U、V分量提取出來，並顯示這3個分量的最終解碼數據矩陣，並沒有給出這3個分量最終解碼數據矩陣的形成過程，即沒有給出這3個分量逆量化前的矩陣、逆量化後的矩陣、DCT逆變換矩陣、預測矩陣和濾波前矩陣等，不能完全滿足實際工作的需求。在專利號為200520039319. 1的中國實用新型專利中，公開了一種壓縮圖像數據的碼流解碼分析處理設備，包括分析解碼模塊、主控模塊、顯示終端和輸入輸出適配模塊， 其中輸入輸出適配模塊，用於完成收發符合DVB標準的ASI輸入與輸出數據和接收DVB標準並行TS碼流信號、用於輸出模擬複合視頻和分量視頻信號、四路立體聲音頻信號，以及用於通過乙太網對設備進行控制和碼流輸入；分析解碼模塊，用於視音頻解碼和碼流分析； 主控模塊與外部主機相連，實現監控、調試、通信功能，通過串行總線與乙太網輸入接口模塊通信，並控制視頻D/A模塊；顯示終端，用於中英文顯示，樹狀顯示菜單，實現IXD和OSD 同步顯示。該實用新型採用嵌入式的硬體設計實現，結構合理，具有較好的可擴展性能和方便靈活的操作方式。另外，在申請號為200910161863.6的中國發明專利申請中，公開了一種碼流分析裝置，包括由多於一個的解碼器所組成的解碼器庫、組件模塊和用戶界面模塊。所述組件模塊用於根據輸入的碼流選擇相應的解碼器，並根據來自用戶界面模塊的操作指示，調用解碼器庫對應的接口單元，以及接收來自解碼器庫的數據，將所述數據輸出至用戶界面模塊； 所述用戶界面模塊用於提供用戶可見的人機互動界面，接收來自用戶的操作指示，將所述操作指示輸出至組件模塊；以及在所述人機互動界面上顯示來自組件模塊的數據。該碼流分析裝置可以支持多種編碼標準的多媒體碼流。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種壓縮碼流分析儀。該壓縮碼流分析儀可以對多種格式的壓縮碼流進行全面查驗和錯誤分析。為實現上述的目的，本實用新型採用下述的技術方案一種壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中包括實時分析顯示模塊、跟蹤分析模塊、保真度分析模塊、 緩衝器分析模塊、告警功能模塊、圖像分析模塊、功能選擇模塊和顯示屏；其中，所述功能選擇模塊分別與所述實時分析顯示模塊、所述跟蹤分析模塊、所述保真度分析模塊、所述緩衝器分析模塊、所述告警功能模塊和所述圖像分析模塊進行連接，所述實時分析顯示模塊、所述跟蹤分析模塊、所述保真度分析模塊、所述緩衝器分析模塊、所述告警功能模塊和所述圖像分析模塊的輸出結果送入所述顯示屏中對外顯示。其中較優地，所述壓縮碼流分析儀中還包括容器分析模塊；所述容器分析模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。其中較優地，所述壓縮碼流分析儀中還包括批模式處理分析模塊；所述批模式處理分析模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。其中較優地，所述壓縮碼流分析儀中還包括碼流顯示功能模塊；所述碼流顯示功能模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。本實用新型所提供的壓縮碼流分析儀能夠以連續一致、可配置的方式對壓縮碼流和元數據進行全面查驗，在檢查壓縮碼流的同時將發現的各種錯誤生成錯誤文件，並將所發現的錯誤細節呈現給用戶和內容編碼者，無論從功能方面還是使用方便性方面都優於現有的產品。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1為本實用新型所提供的壓縮碼流分析儀的模塊示意圖；圖2為本壓縮碼流分析儀針對MPEG4標準中隔行壓縮碼流的分析界面截圖；圖3為現有的MTS4EA碼流分析儀中，宏塊檢查工具的分析界面截圖；圖4為本壓縮碼流分析儀中，宏塊檢查工具的分析界面截圖。
具體實施方式
[0021]如圖1所示，本實用新型所提供的壓縮碼流分析儀包括實時分析顯示模塊、跟蹤分析模塊、保真度分析模塊、緩衝器分析模塊、告警功能模塊、圖像分析模塊、容器分析模塊、碼流顯示功能模塊和批模式處理分析模塊等功能模塊。此外，還包括碼流輸入接口、功能選擇模塊和顯示屏。其中，碼流輸入接口與功能選擇模塊進行連接，經壓縮的視頻碼流經碼流輸入接口送入功能選擇模塊中。功能選擇模塊分別與實時分析顯示模塊、跟蹤分析模塊、保真度分析模塊、緩衝器分析模塊、告警功能模塊、圖像分析模塊、容器分析模塊、碼流顯示功能模塊和批模式處理分析模塊進行連接，將壓縮碼流送入用戶選擇的相應功能模塊進行處理，相應功能模塊的輸出結果送入顯示屏中對外顯示。在本壓縮碼流分析儀中，實時分析顯示模塊的輸入信號為經壓縮的視頻碼流和控制信號。通過對控制信號的確認，實時分析顯示模塊對視頻碼流的宏塊層數據進行熵解碼、 逆掃描、逆量化、逆變換、運動補償等運算，得到各種數據並進行分析和顯示，最後形成輸出結果。該輸出結果包括宏塊信息顯示、宏塊顯示、宏塊運動矢量顯示、宏塊編碼頻率、幀信息顯示等。實時分析顯示模塊中的宏塊檢查工具將所選宏塊的圖像提取出來，分別顯示亮度和色差塊的圖像和矩形數據，並可以依次記錄該宏塊逆量化前的矩陣、逆量化後的矩陣、 DCT逆變換矩陣，將其編碼運算過程中形成的數據以矩陣的形式顯示出來。跟蹤分析模塊的輸入信號為經壓縮的視頻碼流和控制信號。該模塊的作用在於對壓縮碼流進行解碼和解析，輸出碼流的各種細節信息。跟蹤分析模塊將碼流中的所有內容進行符合視頻編解碼標準的解析和解釋，所有正確的比特位都可以在相應的視頻編解碼標準上找到精確的語義解析，凡是不符合標準規定取值範圍的比特位將在錯誤文件中產生告警提示和記錄。保真度分析模塊的輸入信號為視頻碼流、未壓縮的原始YUV碼流和控制信號(用於選擇視覺殘差標誌、保真度測量選項等)。保真度分析模塊可以對視頻碼流進行解碼並得到每一幀的YUV數據。通過與未壓縮的原始YUV碼流做差值運算、峰值信噪比運算等，可以得到輸出結果中每一幀的峰值信噪比(PSNR)、每一幀的絕對差值和(SAD)等，並可以分別輸出每一幀的解碼圖像、參考圖像、殘差圖像等。緩存器分析模塊的輸入信號為視頻碼流和控制信號。它從視頻碼流中提取檔次和級別指示符、視頻對象類型指示符；或者從VBV參數集中獲取關鍵性數據並計算出各種緩存器性能曲線。除此之外，緩存器分析模塊還可以鍵入數值以模擬特定的解碼器硬體，用來檢查緩存器標準的符合性。告警功能模塊的輸入信號為視頻碼流和控制信號。該模塊的作用在於對視頻碼流進行實時檢測和視頻標準符合性分析，查找視頻碼流中的錯誤或不符合標準的地方，並提供相應的告警提示。這些告警提示告訴用戶出現什麼樣的錯誤告警，錯誤告警級別分為 Fatals,Errors,Warnings, Infos0告警功能模塊可以指出錯誤告警在碼流中的具體位置， 並將合適的修改意見告訴用戶。這樣用戶可以修改參數或算法，徹底消除這個錯誤告警。圖像分析模塊的輸入信號為視頻碼流和控制信號。它對視頻碼流進行解碼的同時保留了宏塊層次和幀層次編碼運算過程中的參數分布、對外輸出比特/宏塊的空間分布、 比特/編碼宏塊的空間分布、空間量化器的偏移、宏塊編碼頻率、運動矢量直方圖、DCT頻率、幀內宏塊編碼頻率等數據，並記錄相應的圖形數據。容器分析模塊可以對各種容器/封裝格式進行解析，提供查看容器/封裝格式的樹狀結構圖，並打開MP4/3GPP/ASF/AVI文件並觀察其結構並提取視頻軌跡。如果這些文件中有一個被打開，該文件中的節目或軌跡列表就會顯示出來。被提取的視頻軌跡可以作為一個單獨的文件進行保存。碼流顯示功能模塊的輸入信號為視頻碼流和控制信號。它的作用在於直接對視頻碼流進行二進位、十六進位和ASCII顯示，並可以提供表及其數據源顯示。批模式處理分析模塊的輸入信號為視頻碼流和控制信號。在對視頻編碼器和視頻解碼器進行調試時，往往需要使用相同的視頻序列進行同樣的重複測試，藉此來觀察每一個視頻解碼器/視頻編碼器中發生了什麼變化/改善/惡化。批模式處理分析模塊所提供的批模式可以使用戶設置批處理自動重複測試，輸出跟蹤文件。如果在視頻中一旦出現告警/錯誤/重大錯誤，會生成輸出報告文件。批模式處理分析模塊可以創建YUV解碼視頻輸出文件，以便進行比較測試和回歸測試，例如比較不同版本的視頻編碼器/視頻解碼器之間有什麼區別等。在本壓縮碼流分析儀中定義了多個功能模塊開關事件，這些開關事件保存在功能選擇模塊中。通過對每個開關事件賦予特定值，就可以由功能選擇模塊發出相應的控制信號，使對應的功能模塊開始運行，並得到最終的輸出結果。上述各功能模塊的輸出結果包括視頻、數據、圖表、圖形和曲線等。利用各個功能模塊，本壓縮碼流分析儀可以對壓縮碼流中任何層次和任何地方上的數據和參數進行分析；在對內容檢查的同時將發現的各種錯誤生成錯誤文件，並將所發現的錯誤細節呈現給用戶和內容編碼者(包括特定的錯誤類型和位置)，還可以提供正確合理的修改意見；對產生該壓縮碼流的編碼器性能給出曲線圖和數據的圖形分析。在本實用新型的一個具體實施例中，上述各功能模塊可以以通用的 FPGA (Field-Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)和 RTOS (Real-time operating system，實時系統)為基礎、基於嵌入式硬體平臺實現；也可以將有關功能模塊製作成相應的硬體板卡，該硬體板卡通過PCI總線和工控機進行通信，從而實現壓縮碼流的分析功能。具體的硬體設計是本領域普通技術人員都能掌握的常規技術，在此就不詳細說明了。下面通過與MTS4EA碼流分析儀的比較，對本壓縮碼流分析儀的技術特點作進一步的詳細說明。MTS4EA碼流分析儀可以支持如下的視頻編碼標準H. 264/AVC, H. 263, H. 261, MPEG4、MPEG2 和 WMV9/VC-1。對容器 / 封裝格式的支持包括MPEG-2PS、MPEG_2TS、MP4、ASF、 3GP。本壓縮碼流分析儀可以支持如下的視頻編碼標準H. 264/AVC, H. 263, MPEG4、MPEG2、 MPEG 1 和 WMV9/VC-1。對容器 / 封裝格式的支持包括MPEG_1 System Stream、MPEG-2PS、 MPEG-2TS、MP4、ASF、3GP和AVI。但是，MTS4EA碼流分析儀不支持MPEG4標準中隔行壓縮碼流的分析，而本壓縮碼流分析儀可以支持MPEG4標準中隔行壓縮碼流的分析，相應的分析界面截圖如圖2所示。如圖3所示，MTS4EA碼流分析儀的宏塊檢查工具只是將所選宏塊的Y、U和V分量提取出來，並同時顯示這3個分量的最終解碼數據矩陣，但沒有給出這3個最終矩形數據的形成過程。如圖4所示，本壓縮碼流分析儀的宏塊檢查工具可以將所選宏塊的圖像提取出來單獨顯示，也可以分別顯示Y、U和V分量圖像。它分別顯示Y、U和V三種分量解碼過程中形成的矩形數據。任意選擇其中的一個分量，可以依次記錄該分量逆量化前的矩陣、逆量化後的矩陣、DCT逆變換矩陣、預測矩陣、濾波前矩陣和最終解碼數據矩陣。本壓縮碼流分析儀對待測試的壓縮碼流進行熵解碼、逆掃描、逆量化、逆變換、運動補償等運算，將得到的各種參數按照相應視頻編碼標準中規定的語法和語義結構進行解析，並將結果分類整理顯示出來便於測試人員查看。這樣能夠以連續一致、可配置的方式對視頻和元數據進行全面查驗。在對內容進行檢查的同時，本壓縮碼流分析儀可以將發現的各種錯誤生成錯誤文件，並將所發現的錯誤細節(包括特定的錯誤類型和位置)呈現給用戶和內容編碼者。上面對本實用新型所提供的壓縮碼流分析儀進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動， 都將構成對本實用新型專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1.一種壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中包括實時分析顯示模塊、跟蹤分析模塊、保真度分析模塊、緩衝器分析模塊、告警功能模塊、圖像分析模塊、功能選擇模塊和顯示屏；其中，所述功能選擇模塊分別與所述實時分析顯示模塊、所述跟蹤分析模塊、所述保真度分析模塊、所述緩衝器分析模塊、所述告警功能模塊和所述圖像分析模塊進行連接，所述實時分析顯示模塊、所述跟蹤分析模塊、所述保真度分析模塊、所述緩衝器分析模塊、所述告警功能模塊和所述圖像分析模塊的輸出結果送入所述顯示屏中對外顯示。
2.如權利要求1所述的壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中還包括碼流輸入接口，所述碼流輸入接口與所述功能選擇模塊進行連接。
3.如權利要求1或2所述的壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中還包括容器分析模塊；所述容器分析模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。
4.如權利要求1或2所述的壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中還包括批模式處理分析模塊；所述批模式處理分析模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。
5.如權利要求1或2所述的壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述壓縮碼流分析儀中還包括碼流顯示功能模塊；所述碼流顯示功能模塊一方面連接所述功能選擇模塊，另一方面連接所述顯示屏。
6.如權利要求1所述的壓縮碼流分析儀，其特徵在於所述實時分析顯示模塊中具有宏塊檢查工具。
專利摘要本實用新型公開了一種壓縮碼流分析儀。其中，壓縮碼流經碼流輸入接口送入功能選擇模塊中。功能選擇模塊分別與實時分析顯示模塊、跟蹤分析模塊、保真度分析模塊、緩衝器分析模塊、告警功能模塊、圖像分析模塊、容器分析模塊、碼流顯示功能模塊和批模式處理分析模塊進行連接，將壓縮碼流送入用戶選擇的相應功能模塊進行處理，相應功能模塊的輸出結果送入顯示屏中對外顯示。本壓縮碼流分析儀能夠以連續一致、可配置的方式對壓縮碼流和元數據進行全面查驗，在檢查壓縮碼流的同時將發現的各種錯誤生成錯誤文件，並將所發現的錯誤細節呈現給用戶和內容編碼者，無論從功能方面還是使用方便性方面都優於現有的產品。
文檔編號H04N7/50GK202085275SQ20112016738
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者於明, 劉林生, 張東, 歐陽國勝, 羅永倫 申請人:北京自動測試技術研究所