CN1200560C - 数字式音频及视频媒体处理设备及其处理方法 - Google Patents

Abstract

一种数字式音频及视频媒体处理设备和方法，包括：一个区域媒体分配中心装置，用于对AV媒体文件进行数字化加密分割处理，并分配给各个本区媒体分配服务器；多个本区媒体分配服务器，用于接收存储媒体文件段，接收基本媒体播放控制器的请求，处理媒体的传送，并且管理本地设备的工作量；多个基本媒体播放控制器，把用户的请求传送给本区媒体分配服务器，用于媒体文件段的解密、组合、译码、及播放。

Description

数字式音频及视频媒体处理设备及其处理方法

本发明涉及一种数字式音频及视频(以下简称为AV)媒体处理设备及其处理方法。

模拟的AV信号最适合于记录及传递，这是因为人类及整个社会都是一个模拟的世界。但是，由于模拟媒体较数字式媒体难于传送，数字式媒体可通过电子媒体传送，但模拟媒体却只能经过一个实际的物体传送。所以，现在社会已普遍把模拟媒体数字化。数字式媒体的好处是除了容易传送外，还容易存储在一个体积较小的存储器上，如计算机的硬盘等。

因此，数字式媒体，特别是数字式音频及视频媒体的处理方法，已变得日益重要。因此，对于数字式音频及视频媒体处理来说，以下五个方面是至关重要的：1、数字式音频及视频媒体的保护；2、数字式音频及视频媒体的传送；3、数字式音频及视频媒体的编码；4、数字式音频及视频媒体的存储及提取；和5、数字式音频及视频媒体的请求、译码、及播放。

1、关于数字式音频及视频媒体的保护

事实上，一段模拟音频及视频片的复制较一段数字式音频及视频片的复制更加困难。以一段六十分钟的音频及视频片为例。如果那段音频及视频片是模拟格式，它只可以一边播放、一边复制。因此，便需要一个小时的时间来复制。但是，如果那段音频及视频片是数字格式的，通过一些程序、如计算机的程序，可能只需十几分钟便可完成复制。然而，由于数字式音频及视频文件的复制较为容易，再加上计算机在网络及互联网上的连接与使用，使数字式音频及视频文件的盗版行为非常盛行。现有的数字式音频及视频媒体处理设备及其处理方法没有解决这种普遍存在的盗版问题。因此，保护数字式音频及视频媒体的知识产权刻不容缓，势在必行。

因此本发明的第一个任务就是解决盗版问题。为此，每一个音频及视频文件都必须经过一个特定的公式去进行加密处理。如果没有此特定的公式去进行解密程序，所有非法盗取得来的音频及视频文件便会变得毫无用处。为此，本发明采用当前普遍流行的任何一种方法进行这种加密处理，例如DES(Data Encryption Standard)；RSA(Rivest-Shamir-Adlfeman)；IDEA(International Data Encryption A1gorithm)。

2、关于数字式音频及视频媒体的传送

当一个模拟音频及视频片经过转换成为数字式文件后，其数字式文件的大小会变得非常巨大。如一秒钟的AVI文件就需要二十个百万字节(MB)的存储容量。因此，在一个一般带宽的私人网络(如局域网)或公众网络(如互联网)上传送这种类型的文件将是非常困难的，网络很快就会超出其容量。

可解决此问题的一个现有技术方案是提高网络容量，采用有线或无线宽带网。但宽带网一般都非常昂贵，而且它只能暂时解决问题。当越来越多的音频及视频文件在网络上传送时，网络超载的问题还要发生。

为了彻底解决这个问题，就得把每一个音频及视频文件分割成若干个文件段。由于每一个文件段的容量较整个音频及视频文件要小很多，因此，这些文件段在一般带宽网络上传送时，不会出现上述的情况。这就是本发明要解决的第二个任务。

AV文件分割成文件段的多少取决于文件的大小。例如，如果将每一个文件段的大小设定为50MB，则一个600MB的历时一个小时的文件要分割成12个文件段。

3、关于数字式音频及视频媒体的编码

模拟的音频及视频片是一组连续的音频及视频信号。因此，要转换成数字式文件便需要一个模拟一数字转换器。然而，数字式信号是一组不连续的信号，这组信号间断地记录那些模拟信号。采样是指数字式信号中间间断的时间，采样速率需要高达某个水平，才能使人的眼睛看上去觉得这段数字式音频及视频文件是流畅连续的。但要维持这样好的图像质量，音频及视频文件的大小就会变得很大。因此，如果没有任何方法去减小此类文件的大小，那么，整个设备就需要配备极大的存储装置及一个高带宽的网络。

对于这个文件大小问题，可用压缩技术来解决。压缩技术(如MPEG-1及MPEG-2)的基本概念是把非必要的音频及视频信息删去及把每一帧音频及视频片与下一帧之间没有改变的画面信息省去，从而可达到减小容量的效果，因此，把一段模拟音频及视频片转换成数字式文件这个编码程序就要涉及模拟数字格式的转换及压缩这两个步骤。以一段电影的音频及视频片为例，这个编码的程序就需把音频及视频片的格式转换成AVI数字式文件，继而再经过一个指定的压缩音频及视频文件标准技术(如MPEG-1)把这个文件压缩。通过一些软件，如Adaptec Premiere可将一个AVI文件转换成MPEG-1文件。

另外，现在有一部分音频及视频片在生产时就已经把它的格式数字化了。因此，这类音频及视频片便无需进行模拟格式转化为数字式格式的转换程序。但为了统一整个设备内所有音频及视频文件的格式，这种类型的音频及视频片可能还需进行格式的转换。如MPEG-2格式转换为MPEG-1格式。

再结合上述数字式音频及视频媒体的保护及传递技术，整个编码程序就会如图1中所描述的数据输入(S0及S5)、文件格式转换(S1)、AV文件分割成文件段(S2)、及加密(S3)这几个步骤。经过这些步骤，数字式音频及视频文件将可在任何网络上快速及安全地传送。这是本发明要解决的第三项任务。

4、关于数字式音频及视频媒体的存储及提取

数字式音频及视频媒体文件的存储和读出的效率对于整个音频及视频媒体处理设备的管理是非常重要的。如果文件的存储非常凌乱，那么就会使设备的整体性能降级。此外，如果同一时间在设备上有过多的文件存储和读出时，就会使网络的负荷量过重从而发生数据瓶颈问题。如图2所示的传统的文件在存储装置中的直接存取方法就会使网络的负荷量过重。由于存储装置的输入及输出速率有限，并且媒体文件大小非常庞大，因此，当存储装置需在同一时间处理多个媒体文件的读取和存储请求时，存储装置的输入及输出速率的负荷就会变得过重，或出现瓶颈情况。为了防止这些问题，本发明在存储装置上使用了一个队列处理器来管理网络上的交通。

队列处理器在本区媒体分配中心上进行操作。队列处理器利用一个索引文件排列请求的顺序。当提出一个请求时，这个请求就会存储在这个索引文件的最后的一个位置。当队列处理器对这些请求进行处理时，它会从这个索引文件的最前面的一个位置读取一个请求，接着处理这个请求。当这个请求处理完毕，队列处理器将在这个索引文件中删除在最前面的这个位置的所说的请求。

如图3所示，对于每一个媒体文件存储、读出、和传送的请求301-306全部都是传递给队列处理器309处理的，队列处理器309对于它们处理的先后次序为“先来先服务“模式。

当一个媒体文件需要存储时，这个请求就会被送到队列处理器中进行排队。当处理这一个请求时，队列处理器会把请求送到媒体库管理器。在那里，媒体库管理器会先把新的媒体数据文件进行解密。然后基于解密了的媒体信息在设备上创造一个唯一索引，根据这个唯一索引把这些文件段存到存储装置上。

而当队列处理器中接收到一个读取媒体请求时，它会把这个请求放置到队列处理器中。而当此要求被处理时，队列处理器会把请求中的唯一索引传输给媒体库管理器。而根据这个唯一索引，媒体库管理器会从存储装置的特定位置上把属于这个媒体的所有文件段读取出来。与此同时，媒体库管理器会向队列处理器提出请求把这些文件段传送给请求者。

5、数字式音频及视频媒体的请求、译码、及播放

为了提供一个方便快捷的读取模式，在播放器上会列出一张菜单，供使用者去选择想收看的音频及视频片。此举使设备更容易使用，而使用者也无需牢记复杂的设备指令、如存取指令、文件位置、及名称等。

如图4所示，当一个使用者选择了其中一个音频及视频片后，他的这个请求被送到服务器。服务器根据这个请求送回音频及视频片的所有文件段(因为音频及视频文件在编码时已被分割)给请求者，播放器先把这些文件段重新组合，继而把完整的音频及视频片送到数字式模拟转换器进行译码，然后再传送到显示器上。

另外，音频及视频片译码所需的时间对其放映的音频及视频片的质量有直接的影响。所以译码所需的时间亦是极其重要的一环。一般而言，如果这个程序是用软件来处理的，像现有技术中所作的那样，结果可能并不理想，因为当这个播放器上的中央处理器(CPU)过于忙碌地要处理设备上其他请求事项时，会使这个译码程序来不及及时译码，从而使播放中的音频及视频片出现暂时停顿。因此，只有固件(Firmware)译码器才可避免这种情况，确保音频及视频片中的质量。这是本发明要解决的第五个问题。

所说的固件译码器是媒体播放控制器内的一个配件。它可以是一张插在计算机内的计算卡，或是一个外置式的硬件盒。所说的这个固件译码器包括一个图形处理器和一个MPEG-1或MPEG-2格式的译码处理器。由于这个固件译码器具有独立的处理AV媒体的能力，所以它在处理AV媒体的译码时几乎不占用中央处理器的时间。因而，固件译码器处理AV媒体的译码的质量远胜于软件和中央处理器的处理质量。

综上所述，本发明的第一个目的是提供一种数字式音频及视频媒体处理设备，它能解决现有技术中的盗版问题、网络超载问题、容量问题、负荷量过重、和译码时间过长等问题。

本发明的第二个目的是提供一种数字式音频及视频媒体处理方法，与本发明的第一个目的一样，它能解决现有技术中的盗版问题、网络超载问题、存储容量问题、负荷量过重、和译码时间过长等问题。

为实现上述的第一个目的，按照本发明，提供一种数字式音频及视频媒体处理设备，它包括：

一个区域媒体分配中心装置，用于对AV媒体文件进行数字化分割加密处理，通过数据信息超级总线把已分割处理过的数字式媒体文件、和媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器；

多个本区媒体分配服务器，每个本区媒体分配服务器都通过数据信息超级总线连结到区域媒体分配中心装置，接收获取新的所说的媒体文件段，并存储这些文件段，本区媒体分配服务器还通过本地有线或无线网连接到属于该服务器的各个基本媒体播放控制器，接收每个所说基本媒体播放控制器的请求，处理媒体的传送，并且管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量；

多个基本媒体播放控制器，每一个基本媒体播放控制器都通过本地有线或无线网络和本区媒体分配服务器相连，用于把用户的请求传送给本区媒体分配服务器；并且还用于所说媒体文件段的接收、获取、解密、组合、译码、及播放。

优选地，所说的数据信息超级总线是宽频互联网或宽频无线通讯网。

此外，区域媒体分配中心装置中进行的处理包括：对媒体信息进行索引处理和加密处理，对媒体文件进行数字化、索引、分割成段、和加密处理，并且通过数据信息超级总线把已加密的、已分段的，并且符合格式要求的数字式媒体文件和已加密的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器。

进而，所说的加密处理是通过一个特定的算法进行的。

同样优选地还有，所说的本区媒体分配服务器通过队列处理器管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量。

再有，所说的队列处理器按照先来先服务的方式工作。

最后还有，所说的基本媒体播放控制器是利用固件译码器对所说的文件进行译码的。

为实现上述的第二个目的，按照本发明，提供一种数字式音频及视频媒体处理方法，它包括如下步骤：

建立一个区域媒体分配中心装置，用于对AV媒体文件进行数字化分割加密处理，通过数据信息超级总线把已分割及已加密处理过的数字式媒体文件、和已加密的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器；

设置多个本区媒体分配服务器，每个本区媒体分配服务器都通过数据信息超级总线连结到区域媒体分配中心装置，接收获取新的所说的媒体文件段，并存储这些文件段，本区媒体分配服务器还通过本地有线或无线网连接到属于该服务器的各个基本媒体播放控制器，接收每个所说基本媒体播放控制器的请求，处理媒体的传送，并且管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量；

设置多个基本媒体播放控制器，每一个基本媒体播放控制器都通过本地有线或无线网络和本区媒体分配服务器相连，用于把用户的请求传送给本区媒体分配服务器；并且还用于所说媒体文件段的接收、获取、解密、组合、译码、及播放。

优选地，所说数据信息超级总线是宽频互联网或宽频无线通讯网络。

此外，区域媒体分配中心装置中进行的处理包括：对媒体信息进行索引处理和加密处理，对媒体文件进行数字化、索引、分割成段、和加密处理，并且通过数据信息超级总线把已加密的、已分段的，并且符合格式要求的数字式媒体文件和已加密的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器。

进而，所说的加密处理是通过一个特定的算法进行的。

同样优选地还有，所说的本区媒体分配服务器通过队列处理器管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量。

再有，所说的队列处理器按照先来先服务的方式工作。

最后还有，所说的基本媒体播放控制器是利用固件译码器对所说的文件进行译码的。

下面参照附图，描述本发明的一个优选实施例，从而可以对以上所述的本发明的构成、特征、和优点有更深入的理解，其中：

图1是说明本发明的数字AV媒体的编码过程的示意方块图；

图2是说明文件在存储装置上直接存取的传统方法的示意图；

图3是说明本发明的队列处理器对网络上的交通的管理情况的示意方块图；

图4是说明本发明的AV媒体设备的译码程序的示意方块图；

图5是说明本发明的数字式音频及视频媒体处理设备的总体方块图；

图6是说明数字式音频及视频媒体处理设备中的本区分配服务器的网络连接示意图；

图7是说明数字式音频及视频媒体处理方法的工作流程的示意框图；

在对现有技术的评论中，已对图1-4作了简要说明，这里不再重复。下面参照附图5-7描述本发明的一个数字式音频及视频媒体处理设备的优选实施例。

首先，如图5所示，在这例子中，数字式音频及视频媒体处理设备500分为三个不同的部分：

1、一个区域媒体分配中心装置502：

区域媒体分配中心502负责转变模拟AV媒体501的格式并分配给各个本区媒体分配服务器601-605；

2、多个本区媒体分配服务器601-605：

每个本区媒体分配服务器601-605都通过宽带网503和区域媒体分配中心装置502相连，它的职责是管理本地设备对媒体数据的存储、读取和在网络上传送文件的工作量。

3、多个基本媒体播放控制器701-720

每一个基本媒体播放控制器701-720都通过各自的本地有线或无线网735-739和所管辖的本区媒体分配服务器601-605相连，从而可以把用户的请求传送给本区媒体分配服务器601-605；每个基本媒体播放控制器701-720还通过各自的本地有线或无线网735-739对媒体文件段进行接收、获取、解密、组合、译码、及播放。

此外，区域媒体分配中心装置502通过数据信息超级总线、如宽频互联网或宽频无线通讯网络503，把媒体文件501分配给整个区域的各个本区媒体分配服务器601-605。

图6说明每一个本区媒体分配服务器的网络连结关系。例如，一个本区媒体分配服务器600连结到区域媒体分配中心装置502，从而接收获取新的媒体文件段，并存储这些文件段。此外，本区媒体分配服务器600还要连接到服务器管辖范围内的基本媒体播放控制器721-727，处理基本媒体播放控制器721-727的请求，并且处理媒体的传送。

图7表示按本发明的数字式音频及视频媒体处理方法的工作流程，并表示服务器上的队列处理器是如何控制数字式音频及视频媒体处理设备的工作量的。

当有一个新的音频及视频片需要分配时，这个音频及视频片就会被送到区域媒体分配中心装置502。在这个媒体准备分配以前，就必须经过以下的程序。首先，如果这个新音频及视频片是一个模拟格式的媒体，例如激光光盘、录象带等，那么，它便必须启动并输入这个AV片(S102)，转变成为一个数字式格式的文件(S104)。又，如果这个新音频及视频片已是一个数字格式的文件(如VCD、DVD、等)，但其格式并非为指定的格式，那么就要启动这个AV片进行一个格式转换的程序(S103)。然后，产生这个文件的第一索引(S105)并把这个数字化的媒体文件分割成多个文件段(S107)。继而，输入关于媒体文件的数据(S101)，从而产生一个媒体数据文件第二索引(S106)。往下就是经过特定的公式把这个数据文件连同已分割的媒体文件段进行加密处理(S108)。最后，把这些“文件”送到网络服务器557上供各个本区媒体分配服务器601-605下载。

当一个本区媒体分配服务器601-605经宽频互联网503从区域媒体分配中心装置502取得已加密的媒体文件段及已加密的媒体信息文件后，服务器601-605会在其队列处理器上提出一个存储请求(S201)。当队列处理器处理这个请求时，它会把这些文件传递给媒体库管理器(S202)。然后，这个媒体库管理器便会把媒体信息文件解密(但媒体文件段仍会保持在加密状态)，并基于在媒体信息文件上的数据，创造一个唯一的文件索引，随后，媒体库管理器便根据这个索引把媒体文件段存储到存储装置中(S203)。

当本区媒体分配服务器601-605收到其网络内的基本媒体播放控制器701-720的读取媒体请求时(S301)，服务器会在其队列处理器提出一个读取请求(S201)。队列处理器按先后次序去处理这些请求。当那个读取请求被处理时，队列处理器会把请求传递给媒体库管理器(S202)。而媒体库管理器会根据请求的数据找出其唯一的文件索引。然后，存储装置便会基于这个索引在存储装置的特定的位置把所有相关的媒体文件段读出(S203)。继而管理器会向队列处理器提出一个传送请求(S204)。在队列处理器传送处理这个请求的时候，就会把请求的所有文件段传输给请求发出者(S205)。

当发出读取的基本媒体播放控制收到所有音频及视频文件段时，它会先行为这些文件段解密(S302)。然后，按每一个文件段的次序，把它们组合合并成一个单一的音频及视频文件(S303)。继而，把这个文件送给播放装置去进行译码及播放。

由于本发明的设备和方法采用加密和解密技术，所以可有效地防止盗版的发生。由于本发明的设备和方法采用了AV文件分割方法，同时采用硬件压缩编码技术，尤其是由于采用队列处理器的先进先服务操作方式存储及提取AV文件，使网络超载问题、容量问题、负荷量过重、和译码时间过长等问题都迎刃而解。因此，本发明的效果是显而易见的。

以上是对本发明的数字式音频及视频媒体处理设备及其方法的说明性描述。而且，附图也是为方便解释本发明而设立的，仅用作参考。在本发明的范围内，本领域的普遍技术人员可以对这个设计进行适当的修改。

Claims (14)

1、一种数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于包括：

一个区域媒体分配中心装置，用于对AV媒体文件进行数字化分割加密处理，通过数据信息超级总线把分割及加密处理所得的数字式媒体文件段、和加密后的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器；

多个本区媒体分配服务器，每个本区媒体分配服务器都通过数据信息超级总线连结到区域媒体分配中心装置，接收获取新的所说的媒体文件段和所述加密后的媒体信息文件，并根据所述的加密后的媒体信息文件存储所说的媒体文件段，本区媒体分配服务器还通过本地网连接到属于该服务器的各个基本媒体播放控制器，接收每个所说基本媒体播放控制器的请求，处理媒体的传送，并且管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量；

多个基本媒体播放控制器，每一个基本媒体播放控制器都通过本地网络和本区媒体分配服务器相连，用于把用户的请求传送给本区媒体分配服务器；并且还用于所说媒体文件段的接收、获取、解密、组合、译码、及播放。

2、如权利要求1所述的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于所说的数据信息超级总线是宽频互联网。

3、如权利要求1所述的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于区域媒体分配中心装置中进行的处理包括：对媒体信息进行索引处理和加密处理，对媒体文件进行数字化、索引、分割成段、和加密处理，并且通过数据信息超级总线把已加密的、已分段的，并且符合格式要求的数字式媒体文件和已加密的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器。

4、如权利要求3的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于所说的加密处理是通过一个特定的算法进行的。

5、如权利要求1所述的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于：所说的本区媒体分配服务器通过队列处理器管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量。

6、如权利要求5所述的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于；所说的队列处理器按照  先来先服务的方式工作。

7、权利要求1所述的数字式音频及视频媒体处理设备，其特征在于：所说的基本媒体播放控制器利用硬件译码器对所说的文件进行译码的。

8、一种数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于包括如下步骤：

建立一个区域媒体分配中心装置，用于对AV媒体文件进行数字化和分割加密处理，通过数据信息超级总线把分割及加密处理所得的数字式媒体文件段和加密后的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器；

设置多个本区媒体分配服务器，每个本区媒体分配服务器都通过数据信息超级总线连结到区域媒体分配中心装置，接收获取新的所说的媒体文件段和所述加密后的媒体信息文件，并根据所述的加密后的媒体信息文件存储所说的媒体文件段，本区媒体分配服务器还通过本地网连接到属于该服务器的各个基本媒体播放控制器，接收每个所说基本媒体播放控制器的请求，处理媒体的传送，并且管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量；

设置多个基本媒体播放控制器，每一个基本媒体播放控制器都通过本地网络和本区媒体分配服务器相连，用于把用户的请求传送给本区媒体分配服务器；并且还用于所说媒体文件段的接收、获取、解密、组合、译码、及播放。

9、如权利要求8所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于所说的数据信息超级总线是宽频互联网。

10、如权利要求8所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于区域媒体分配中心装置中进行的处理包括：对媒体信息进行索引处理和加密处理，对媒体文件进行数字化、索引、分割成段、和加密处理，并且通过数据信息超级总线把已加密的、已分段的，并且符合格式要求的数字式媒体文件和已加密的媒体信息文件分配给整个区域内的各个本区媒体分配服务器。

11、如权利要求10所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于所说的加密处理是通过一个特定的算法进行的。

12、如权利要求8所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于：所说的本区媒体分配服务器通过队列处理器管理本地设备对媒体数据的存储、读取，和在网络上传送文件的工作量。

13、如权利要求12所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于：所说的队列处理器按照先来先服务的方式工作。

14、如权利要求8所述的数字式音频及视频媒体处理方法，其特征在于：所说的基本媒体播放控制器利用硬件译码器对所说的文件进行译码的。

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