CN102497534A - 分布式网络全高清视频矩阵*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式网络全高清视频矩阵***。本发明包括用于将视频输入信号编码处理并存储的实时高清视频接收装置、用于将接收到的视频数据发送到显示设备的实时高清视频发送装置、视频源节点、视频控制器、显示节点，实时高清视频接收装置将从视频源节点输入的视频数据根据视频控制器的算法选择指令，将数据变换为相应的格式，再根据视频控制器指定的显示节点，通过以太网交换机发送到显示节点对应的实时高清视频发送装置。本发明最高可支持1080P的高清视频信号的视频处理***，其传输速度快，并且可以支持多个输入节点的视频信号的采集处理和多个输出节点输出，有效解决传统视频矩阵产品对高清高速视频接收，处理和发送的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属电子技术领域，具体涉及一种应用于多路实时高清视频数据的接收、处理和发送的分布式网络全高清视频矩阵***。
背景技术
视频矩阵的最主要功能在于能够将任意端口的输入信号，经由其内部的处理，调度到任意指定的输出端口，以达到在不进行线缆的插拔动作情况下进行视频信号的切换功能。
伴随着广播电视技术的发展，视频矩阵经历了由模拟到数字，由标清到高清的发展历程，最大输入输出规模也随着实际要求的提高而增加，其应用领域也从单一的广播电视领域扩大到电视电话会议，视频监控***等多个方面，从功能上，由单一的输入输出切换功能，到可以进行带有特殊切换效果的功能。
近年来，随着高清视频技术的发展，视频矩阵产品也越来越多，而人们对视频矩阵要求也越来越高，而在实际工程应用中，传统的视频矩阵产品往往存在一系列的问题，首先，不能够支持发送高分辨率（1080P）的视频信号，其次，由于转换速度的限制，视频信号延时过大，第三，视频信号点对点传输，处理效果单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高清视频的实时传输，改进传统的点对点固定信号传输，实现多路输入输出，多点对多点的矩阵传输模式的分布式网络全高清视频矩阵***。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案：
一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特殊之处在于：包括用于将视频输入信号编码处理并存储的实时高清视频接收装置、用于将接收到的视频数据发送到显示设备的实时高清视频发送装置、视频源节点、视频控制器、显示节点，
实时高清视频接收装置将从视频源节点输入的视频数据根据视频控制器的算法选择指令，将数据变换为相应的格式，再根据视频控制器指定的显示节点，通过以太网交换机发送到显示节点对应的实时高清视频发送装置。
上述的实时高清视频接收装置包括视频接口、数据输入转换模块、数据处理模块、数据存储模块、以太网接口模块、中央控制模块，视频信号经视频接口输入到数据输入转换模块，通过数据输入转换模块编码将此信号转换为相应的视频数据，数据处理模块根据中央控制模块的不同指令，对数据进行加工处理，数据存储模块用来存储处理后的视频数据，以网接口模块通过交换机与PC连接。
上述的实时高清视频发送装置包括以太网模块、数据存储模块、数据输出转换模块、视频接口、中央控制模块；交换机发送过来的视频数据经以太网接口模块传输到数据处理模块，数据处理模块根据中央控制模块传输的指令处理后的视频数据传输到数据存储模块，再经过数据输出转换模块的转换最后通过视频接口发送到显示终端。
上述的数据存储模块包括输入数据缓存单元、数据缓冲存储单元、输出数据缓存单元，数据存储模块由输入数据缓存单元、数据缓冲存储单元、输出数据缓存单元依次连接构成。
上述的视频控制器包括视频输入节点选择模块、数据处理方法选择模块、视频输出节点选择模块，视频输入节点选择模块检测视频源节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，视频输出节点选择模块检测显示节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，数据处理方法选择模块根据视频源节点、显示节点的状态输出控制指令到实时高清视频接收装置和实时高清视频发送装置。
上述的中央控制模块、数据输入转换模块、数据输出转换模块的接口电路的芯片为xc6slx45。
上述的数据存储模块电路芯片为MT47H64M16HR。
上述的以太网模块的电路芯片为88E1111。
本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：
1、满足不同分辨率视频信号的接收，支持高清视频信号的接收可达到1080P高分辨率。
2、支持的视频信号传送和实时处理。
3、支持单点对单点，多点对多点输出接口。
4、提出了一种将高清视频图像从任意一个输入节点切换到任意一个输出节点显示的矩阵设备的方法。
本发明最高可支持1080P的高清视频信号的视频处理***，其传输速度快，并且可以支持多个输入节点的视频信号的采集处理和多个输出节点输出，有效解决传统视频矩阵产品对高清高速视频接收，处理和发送的瓶颈。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明实时高清视频接收装置原理框图；
图3为本发明实时高清视频发送装置原理框图；
图4为本发明数据输入转换模块接口电路原理图；
图5为本发明数据存储模块电路原理图；
图6为本发明以太网模块电路原理图；
图7为本发明数据输出转换模块接口电路原理图；
图8为本发明视频控制器消息发送流程图；
图9为本发明的视频控制器的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细说明：
参见图1，本发明的分布式网络全高清视频矩阵***，可以将多路视频信号经实时高清视频接收装置，发送到高速以太网交换机，再经由交换机发送到指定的实时高清视频发送装置，最终到达显示节点，视频控制器通过交换机发送控制消息（包括视频源号和显示终端号，以及数据处理算法代号）到实时高清视频接收装置。
参见图2，本发明的实时高清视频接收装置，用于将视频源的串行输入信号转换为并行数据，根据PC机发给中央控制模块的控制消息，对数据进行处理变换，然后存储并发送到交换机。其具体包括数据输入转换模块，数据处理模块，数据存储模块，以太网接口模块，中央控制模块，视频信号经视频接口输入到数据输入转换模块，通过数据输入转换模块编码将此信号转换为相应的视频数据。数据处理模块根据中央控制模块的不同指令，对数据进行加工处理。数据存储模块用来存储处理后的视频数据。以太网接口模块负责本装置与PC之间的通信以及本装置与其它输出节点之间的视频数据传送。
参见图3: 本发明的实时高清视频发送装置，用于将交换机发送过来的视频数据，经存储，转换最后通过视频接口发送到显示终端。其具体包括以太网模块, 输入/输出数据缓存模块, 数据存储模块, 视频接口模块。依次连接的以太网接口控制模块，数据处理模块，数据存储模块，数据输出转换模块以及中央控制模块。其中以太网接口控制模块负责本***与其它节点之间的通信和视频数据的传送。数据存储模块包括输入数据缓存单元、数据缓冲存储单元、输出数据缓存单元，输入数据缓存单元、输出数据缓存单元可以保证不同速度的模块间数据的正确传输。数据缓冲存储单元用来存储从其它节点发送过来的视频数据。当视频数据达到设定的数据量后，经数据输出转换模块解码，视频数据变换为适合于视频接口的视频信号并输出。
参见图4，数据输入转换模块接口，支持32到12位数据输入，输入像素时钟频率可调范围0~300MHZ，可支持多种接口视频数据输入，支持全高清视频数据输入。
参见图5，数据存储模块包括输入数据缓冲模块，数据缓冲存储模块，输出数据缓冲模块，数据缓冲存储模块采用DDR2实现，其工作频率与像素时钟频率不同，因些在输入转换模块与数据缓冲存储模块之间要加入输入数据缓冲模块来保证数据的完整性。数据缓冲存储模块是整个设计的关键。数据的存储缓冲是信号处理中通常会遇到的问题。视频信号的缓冲，由于其数据量大，使得对存储器的容量和速度都提出了比较高的要求。当***工作在1 600×1 20060 Hz的最大分辨率时，存储一帧数据所需的容量是d0=1 600×1 200×3 B=5.49 MB，此时的数据率为d=d0×60=329.59 MB/s，这要求存储器具有大容量和足够快的速度。采用DDR2的乒乓操作既可以满足视频数据大容量的要求，又能满足速度上的要求，是一种较好的方案。
参见图6，以太网接口模块，它是整个装置的通信接口，实现装置与PC机控制消息的交互，也是是***的数据传输接口，实现装置与其它视频节点之间的视频数据的传输。以太网接口模块采用的PHY芯片为88E1111，使用全双工工作模式，自适应传输速度，支持最高1G的传输速度。
参见图7，数据输出转换模块接口。支持32到12位数据输出，输出像素时钟频率可调范围0~300MHZ可支持多种接口的视频信号输出，支持全高清视频数据输出。
参见图8，视频控制器包括：视频输入节点选择模块、数据处理方法选择模块、视频输出节点选择模块，时刻监测各节点的工作状态，用户可操作选择输入输出节点的个数和编号，如果各节点功能正常，软件会提示用户选择合适的处理方法，用户选择完成后，会产生一个控制消息，软件会通过千兆以太网交换机，将控制消息发送到各个节点。
参见图9，视频控制器包括视频输入节点选择模块、数据处理方法选择模块、视频输出节点选择模块，视频输入节点选择模块检测视频源节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，视频输出节点选择模块检测显示节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，数据处理方法选择模块根据视频源节点、显示节点的状态输出控制指令到实时高清视频接收装置和实时高清视频发送装置。
上述的千兆以太网交换机采用千兆1000Base-T接口技术，这种技术在原有的快速以太网***中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。该设计将多台分散的视频设备组成统一的交换矩阵，非常适合作为高扩展性，高安全性和易管理性的监控中心的汇聚和接入层交换机。本设计支持集中式MAC、IP、PORT任意组合绑定，支持用户分级管理和口令保护，支持弹性MAC地址数目限制、MAC地址与端口绑定、端口隔离等特点，包括协议会话、内网视频数据交换与共享。
目前市场类似音视频传输转换设备基本价格：
| 产品类型 | 功能说明 | 单价（元） |
| VGA/H高清数字处理器 | 单通道HDTV输入输出 | 3,500.00 |
| V1多屏处理器 | 实时2路视频输入采集，2路非实时压缩输出 | 88,250.00 |
| 视音频(AV)矩阵切换器 | 8进4出AV切换 | 5,000～10,000 |
| RGB矩阵切换器 | 250MHz带宽，8进4出 | 15,000～25,000 |
| 本发明 | 单通道发送/接收器 | 3,000左右 |
以上设备为传统模拟音视频信号传输方案所涉及设备，在使用时需要将处理器、矩阵切换器配套使用,要完成本发明的功能，往往还要根据客户需要增加拼接器、信号转换中继器等设备，硬件成本要高于专利产品***方案。
另外市场上能够独立处理全高清1080p音视频和网络传输的设备还较少见，成熟的产品主要是国外产品，价格昂贵且差异较大。
本发明的参数指标:
Claims (8)
1.一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：包括用于将视频输入信号编码处理并存储的实时高清视频接收装置、用于将接收到的视频数据发送到显示设备的实时高清视频发送装置、视频源节点、视频控制器、显示节点，实时高清视频接收装置将从视频源节点输入的视频数据根据视频控制器的算法选择指令，将数据变换为相应的格式，再根据视频控制器指定的显示节点，通过以太网交换机发送到显示节点对应的实时高清视频发送装置。
2.根据权利要求1所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的实时高清视频接收装置包括视频接口、数据输入转换模块、数据处理模块、数据存储模块、以太网接口模块、中央控制模块，视频信号经视频接口输入到数据输入转换模块，通过数据输入转换模块编码将此信号转换为相应的视频数据，数据处理模块根据中央控制模块的不同指令，对数据进行加工处理，数据存储模块用来存储处理后的视频数据，以网接口模块通过交换机与PC连接。
3.根据权利要求1所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的实时高清视频发送装置包括以太网模块、数据存储模块、数据输出转换模块、视频接口、中央控制模块；交换机发送过来的视频数据经以太网接口模块传输到数据处理模块，数据处理模块根据中央控制模块传输的指令处理后的视频数据传输到数据存储模块，再经过数据输出转换模块的转换最后通过视频接口发送到显示终端。
4.根据权利要求2或3所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的数据存储模块包括输入数据缓存单元、数据缓冲存储单元、输出数据缓存单元，数据存储模块由输入数据缓存单元、数据缓冲存储单元、输出数据缓存单元依次连接构成。
5.根据权利要求4所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的视频控制器包括视频输入节点选择模块、数据处理方法选择模块、视频输出节点选择模块，视频输入节点选择模块检测视频源节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，视频输出节点选择模块检测显示节点的状态信号输出到数据处理方法选择模块，数据处理方法选择模块根据视频源节点、显示节点的状态输出控制指令到实时高清视频接收装置和实时高清视频发送装置。
6.根据权利要求5所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的中央控制模块、数据输入转换模块、数据输出转换模块的接口电路的芯片为xc6slx45。
7.根据权利要求6所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的数据存储模块电路芯片为MT47H64M16HR。
8.根据权利要求7所述的一种分布式网络全高清视频矩阵***，其特征在于：所述的以太网模块的电路芯片为88E1111。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XIDIAN UNIVERSITY Free format text: FORMER OWNER: LV NING Effective date: 20141126 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lv Ning Inventor after: Chen Chen Inventor after: Yao Zhenyang Inventor after: Yin Yanrui Inventor after: Lv Gaodeng Inventor before: Lv Ning |
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LV NING TO: LV NING CHEN CHEN YAO ZHENYANG YIN YANRUI LV GAODENG |
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Effective date of registration: 20141126 Address after: Xi'an City, Shaanxi province Taibai Road 710071 No. 2 Patentee after: Xidian University Address before: 710071 Xi'an Electronic and Science University, two Taibai South Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: Lv Ning |
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Granted publication date: 20141029 Termination date: 20201201 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |