CN103051885A - 一种模数混合视频综合监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模数混合视频综合监控系统，所述监控系统包括综合管理单元、高清视频切换单元、以太网、键盘、前端设备，所述综合管理单元提供对综合监控系统统一编码、统一切换的支持，通过前端设备的编号控制视频流的走向；所述高清视频切换单元通过自身的接口分别从矩阵及以太网中获取相应的视频流，再输出到电视墙上进行显示。本发明的有益效果是既实现了数模混合系统的无缝融合，可以统一权限、统一资源、统一编号、统一管理、全交叉切换，又保留了原有系统的各自优点，并且在系统改造及建设过程中大大降低了成本及复杂性，为用户构建视频监控系统提供了极大的方便性。

Description

一种模数混合视频综合监控系统及方法

技术领域：

本发明涉及安防监控领域，特别是大型模数混合视频综合监控系统及方法。

 

背景技术：

过去的数十年是模拟监控系统的天下，即使近几年IP高清监控发展迅速，模拟监控依然有不可忽视的市场占有率；近几年出现的HD-SDI高清，以其高清画质、无延时及IP系统无可比拟的安全性，获得了一些客户的青睐，在某些特殊的应用场合具有相当大的吸引力；IP高清监控是目前安防应用的主要需求。未来的监控市场，将会以IP监控为主，模拟、HD-SDI高清为辅，而鉴于模拟系统数字化改造或者高清监控的高成本因素，这三类视频监控系统将在较长的时间内共存。这就需要一个解决方案来实现对三种混合系统的统一管理。

而在这个模拟、HD-SDI和IP混合系统中，用户往往有高清全交叉上墙的需求，即IP或HD-SDI视频不仅能在高清监视器显示，也要能在CRT监视器上切出来，模拟视频不仅能在CRT监视器显示，也要能在高清监视器上切出来。 现在一般做法是IP设备+解码器接在CRT上显示，但缺点是损失了原有IP系统的高清画质；或者模拟/SDI设备+编码器后转换成IP网络信号融入网络系统，但缺点是损失了原有模拟/SDI系统的实时性。用户希望有一个综合管理的平台能够统一切换调用三个系统的视频，并输出到任意一块监视器上面显示，且不损失原有系统的优点。

 

发明内容：

   为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种模数混合视频综合监控系统及方法，它可以构建IP、模拟、SDI混合管理系统，通过一个键盘完成全网视频的统一切换，可以在任一监视器上输出任何种类的视频图像。

本发明基于这样一种思想：模数混合视频综合监控系统中的视频流仍然交由其原有矩阵或平台来传输，例如模拟视频仍然由模拟矩阵负责传输，数字视频仍然由数字软件平台负责传输，但原有的矩阵或平台在此方案中被视作底层设备，此方案重新设计出一套上层系统用于控制底层设备视频流的走向，并且在后端显示时，由高清视频切换单元负责接收所有类型的视频流进行输出显示。

本发明提供一种模数混合视频综合监控系统，所述监控系统包括综合管理单元、高清视频切换单元、以太网、键盘、前端设备，所述综合管理单元提供对综合监控系统统一编码、统一切换的支持，通过前端设备的编号控制视频流的走向；所述高清视频切换单元通过自身的接口分别从矩阵及以太网中获取相应的视频流，再输出到电视墙上进行显示；键盘作为操作终端直接或间接接入以太网，将用户的各种操作转译后发送到综合管理单元中。

 

进一步地，前端设备包括模拟前端及模拟矩阵、HD-SDI前端及HD-SDI矩阵、IP前端或IP前端与IP数字软件平台。

进一步地，所述模拟矩阵接入来自模拟前端的视频，控制数据接入以太网、模拟矩阵的视频输出接入到高清视频切换单元的CVBS输入口；所述HD-SDI矩阵接入来自HD-SDI前端的视频，控制数据接入以太网，HD-SDI矩阵的视频输出则接入到高清视频切换单元的HD-SDI输入口；所述IP前端、IP数字软件平台的视频流及控制数据都接入到以太网中，并通过以太网接入到高清视频切换单元的网络输入口。

进一步地，高清视频切换单元采用视频编解码芯片，该芯片包括视频切换选择模块，标清模拟视频、HD-SDI高清、IP高清作为视频输入，所述视频切换选择模块标作为输入输出的切换模块，可以将任一所述视频输入转化为模拟视频、VGA高清、HDMI高清中的一种作为视频输出。

进一步地，所述视频输入还包括HDMI高清输入。

进一步地，综合监控系统中前端设备中的各矩阵、平台、摄像机、监视器在综合管理单元中都有唯一的编号。

  本发明还提供一种单站点或多站点的模数混合视频综合监控系统，包括多个上述的模数混合视频综合监控系统。

 

本发明的有益效果是：通过上述技术方案，既实现了数模混合系统的无缝融合，可以统一权限、统一资源、统一编号、统一管理、全交叉切换，又保留了原有系统的各自优点，并且在系统改造及建设过程中大大降低了成本及复杂性，为用户构建视频监控系统提供了极大的方便性。真正实现了模拟、SDI、IP系统的无缝融合。

 

附图说明：

图1本发明中单站点的模数混合视频综合监控系统框图；

图2为本发明中多站点的模数混合视频综合监控系统框图；

图3为本发明中高清视频切换单元的信号流向框图。

 

具体实施方式：

  以下结合说明书附图详细说明本发明的具体实施方式。

参见附图1，为单站点模数混合视频综合监控系统，系统包括综合管理单元、高清视频切换单元、以太网、键盘以及其他设备；其他设备包括模拟前端、模拟矩阵、HD-SDI前端、HD-SDI矩阵、IP前端和IP数字软件平台等，其中前端包括摄像机、监视器等具体设备。

综合管理单元设置在安装linux操作系统的X86架构的工控机中，提供对综合监控系统统一编码、统一切换的支持，综合监控系统中的任一设备，包括矩阵、平台、摄像机、监视器，在综合管理单元中都有唯一的编号，键盘接入综合管理单元后，可以通过设备编号控制任一视频流的走向。

高清视频切换单元支持将模拟、SDI、IP、HDMI等格式的输入视频流转换成CVBS、SDI、HDMI接口的输出，在本发明中它负责将混合系统中任一格式的视频显示在高清或普通监视器上，并且可以对IP视频流进行最大16分屏显示。

系统通过以太网进行交互，IP前端摄像机、数字软件平台的视频流及控制数据都接入到以太网中；模拟矩阵接入来自模拟前端的视频，控制数据接入以太网（若其为非网络矩阵，则其控制数据需通过端口扩展单元来接入以太网），模拟矩阵的视频输出接入到高清视频切换单元的CVBS输入口；SDI前端及SDI矩阵与之类似，SDI矩阵的输出则接入到高清视频切换单元的SDI输入口；键盘作为操作终端直接接入以太网（网络键盘）或通过端口扩展单元（非网络键盘）接入到以太网中，将用户的各种操作转译成可识别的数据发送到综合管理单元中，其中端口扩展单元负责接入串口设备，支持通过RS232或RS422串口接入各种类型的设备。各自的矩阵或数字软件平台可以实现对自身系统类型下的监视器和摄像机切换，但不同类型系统之间没有直接联系，综合管理单元通过以太网对所有的矩阵或数字软件平台进行控制，高清视频切换单元通过自身的CVBS、SDI及网络接口分别从模拟矩阵、SDI矩阵及以太网中获取相应的视频流，再输出到电视墙上进行显示。

在综合管理单元中将所有设备进行统一编号，每个矩阵或数字软件平台在系统中拥有唯一的设备编号，范围1～999；每个监视器在系统中拥有唯一的设备编号，范围1～999；每个摄像机在系统中拥有唯一的设备编号，单站点支持9999个，编号范围为1～20位数字。用户可以根据实际需求在矩阵或数字软件平台设备之间建立视频流连接。当用户希望将某个视频切换到特定监视器进行显示时，综合管理单元能够根据视频源的格式选择正确的流通路径，使其快速无损的到达高清视频切换单元的正确输入口，进一步的在监视器上进行显示。如果视频源为模拟摄像机，综合管理单元会将其切换到高清视频切换单元所绑定的模拟矩阵中，并将高清视频切换单元配置成接收模拟输入，然后根据实际工程连接将高清视频切换单元配置成合适的输出；如果视频源为SDI摄像机，处理方法类似，需要查找到高清视频切换单元所绑定的SDI矩阵，并将高清视频切换单元配置成接收SDI输入；而如果视频源为IP摄像机，综合管理单元则会通知下属的IP数字软件平台进行切换，并将高清视频切换单元配置成IP输入，当系统中没有接入IP数字软件平台时，综合管理单元则会根据自身数据库中记录的IP摄像机地址直接控制高清视频切换单元接收IP视频流。

当用户需要控制前端球机时，综合监控系统会根据球机编号找到其所属的矩阵或数字软件平台设备，根据后者提供的开放接口选择合适的协议进行流畅无延迟的控球。

在本发明所提供的整体解决方案中，综合管理单元负责管理系统中的所有设备，进行切换调用时，它先识别出视频源格式，根据此格式来确定连接在监视器上的高清视频切换单元的最佳输入口，然后进一步的识别出绑定在此输入口上的矩阵或平台，以此作为通道的目标端，以视频源所在的前端作为通道的源端，使用深度优先遍历算法查找或抢占到一条路径最短、优先级最低的通道，此通道建立起一条源端到达目标端的视频流向，并进一步经由高清视频切换单元显示在监视器上，由此达到将任一视频源经过一个最合适的路径到达用户所要求的终端显示设备上进行显示的目的。它既可以单独使用，也可以联网使用，后者更适合大规模的数模混合系统。其优势是，由于方案依赖于原有矩阵或平台系统，绝大部分原有系统可以保留，可以大大降低数模混合系统的融合成本；另外，由于各个模拟矩阵或数字软件平台之间不用关心整体的视频流向，仅需要开放出简单的接口供综合管理单元调用，这使得在此方案下接入更多种类的矩阵或平台系统非常容易。

高清视频切换单元负责视频的显示，它也是本发明的核心之一。高清视频切换单元采用专业视频编解码芯片（参见附图3），该芯片集成了功能强大的ARM Cortex A9双核处理器，具备丰富的输入输出接口及强大的编解码能力。标清模拟视频输入通过标清模拟视频转BT.656功能芯片转换为BT.656数据，通过视频数字接口接入到视频编解码芯片；HD-SDI高清视频接入通过SDI视频转BT.1120数字信号功能芯片转换为BT.1120数据，通过视频数字接口接入到视频编解码芯片；HDMI高清视频接入通过HDMI接口视频转BT.1120数字信号功能芯片转换为BT.1120数据，通过视频数字接口接入到视频编解码芯片；IP高清视频接入通过千兆PHY芯片将H.264编码的视频流通过GMAC接入到视频编解码芯片；标清模拟视频输出、VGA高清输出、HDMI高清输出都通过视频编解码芯片的集成视频输出模块实现。这样标清模拟视频、HD-SDI高清、HDMI高清（该输入口也可不接）、IP高清作为4路视频输入源，标清模拟视频、VGA高清、HDMI高清作为3路视频输出，接至视频编解码芯片后由其内部集成的视频切换选择模块实现了一个4×3的多功能接口输入输出的切换模块。基于这样的4×3切换子模块，四片视频编解码芯片通过PCIe桥接芯片实现级联，实现了4个这样可统一控制和管理的切换模块。

在一般做法下，为了实现全交叉上墙的需求，模拟/SDI视频通过编码器接入数字系统，存在着实时性的损失，而高清数字视频通过解码器/转换器接入模拟系统，又存在着图像质量的损失。经由高清视频切换单元，在综合管理单元统一的调配之下，任一一路模拟、SDI、IP视频都可以在不损失其实时性或高清图像质量的优点下输出到任一一个监视器上进行显示，并且每个监视器都可以随意显示任何一种格式的视频源。本发明采用模块化设计，独立的高清视频切换单元可放置于屏幕墙附近，巧妙地解决了HDMI等高清信号不能从机柜远距离传输上墙显示的疑难问题（注：HDMI的传输距离只有15M左右，而从机柜到高清切换单元的HD-SDI、模拟和IP线缆的传输距离都能达到100M左右，能满足大部分场合视频上墙的距离要求）。

端口扩展单元负责系统串口的扩展，它拥有1个10M/100M自适应以太网接口及10个RS232/RS422复用串口，用于接入各种类型的设备到综合管理单元中，实现串口与网络命令的相互转换。它采用基于Powerpc架构的嵌入式板卡，稳定可靠，并使用Altera系列的FPGA芯片来模拟出多达10个串口，每个串口既可以充当RS232使用，也被复用设计成RS422总线。它通过以太网接入到综合管理单元中，因此系统中串口的扩展数量不受限制。

本发明进行多站点使用时称为多站点模数混合视频综合监控系统，系统框图如图2所示，它更适合于大规模数模混合系统，最大支持999个站点联网。每个综合管理单元配上多个高清视频切换单元单独组成一个单站点系统，系统中每个设备同样拥有唯一的编号，它部分借助于站点号来区分，多站点之间同样可以建立视频通道，在大规模应用中，它有利于不同区域之间的协同管理。

站点之间的通道称之为外部通道，单站点内部的通道称之为内部通道，前者交由中心站点管理，后者交由各个分站点进行管理。当用户进行跨站点视频调用时，由中心站点进行外部路由查找及外部通道分配，下一步工作则交给分站点进行处理，它负责查找出内部路由及内部通道，由此建立起最终的路由及通道。当中心站点由于网络或其它故障掉线时，分站点可以当作单站点综合平台管理系统使用，内部功能不会受到影响，完全实现了区域自治管理。                                                         

本发明的特点和效果在于通过这种方式，即实现了数模混合系统的无缝融合，可以统一权限、统一资源、统一编号、统一管理、全交叉切换，又保留了原有系统的各自优点，而且拥有多区域协同管理与单区域内部自治管理互不影响的特点，并且在系统改造及建设过程中大大降低了成本及复杂性，为用户构建视频监控系统提供了极大的方便性。

Claims (8)

1.  一种模数混合视频综合监控系统，所述监控系统包括综合管理单元、高清视频切换单元、以太网、键盘、前端设备，其特征在于，所述综合管理单元提供对综合监控系统统一编码、统一切换的支持，通过前端设备的编号控制视频流的走向；所述高清视频切换单元通过自身的接口分别从矩阵及以太网中获取相应的视频流，再输出到电视墙上进行显示；键盘作为操作终端直接或间接接入以太网，将用户的各种操作转译后发送到综合管理单元中。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，前端设备包括模拟前端及模拟矩阵、HD-SDI前端及HD-SDI矩阵、IP前端或IP前端与IP数字软件平台。

3.根据权利要求2所述的监控系统，其特征在于，所述模拟矩阵接入来自模拟前端的视频，控制数据接入以太网、模拟矩阵的视频输出接入到高清视频切换单元的CVBS输入口；所述HD-SDI矩阵接入来自HD-SDI前端的视频，控制数据接入以太网，HD-SDI矩阵的视频输出则接入到高清视频切换单元的HD-SDI输入口；所述IP前端、IP数字软件平台的视频流及控制数据都接入到以太网中，并通过以太网接入到高清视频切换单元的网络输入口。

4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，高清视频切换单元采用视频编解码芯片，该芯片包括视频切换选择模块，标清模拟视频、HD-SDI高清、IP高清作为视频输入，所述视频切换选择模块标作为输入输出的切换模块，可以将任一所述视频输入转化为模拟视频、VGA高清、HDMI高清中的一种作为视频输出。

5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，所述视频输入还包括HDMI高清输入。

6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，如果视频源为模拟摄像机，综合管理单元会将其切换到高清视频切换单元所绑定的模拟矩阵中，并将高清视频切换单元配置成接收模拟输入；如果视频源为HD-SDI摄像机，综合管理单元会将其切换到高清视频切换单元所绑定的SDI矩阵，并将高清视频切换单元配置成接收SDI输入；如果视频源为IP摄像机，综合管理单元则会切换到IP数字软件平台，并将高清视频切换单元配置成IP输入，当系统中没有接入IP数字软件平台时，综合管理单元则会根据自身数据库中记录的IP摄像机地址直接控制高清视频切换单元接收IP视频流。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，综合监控系统中前端设备中的各矩阵、平台、摄像机、监视器在综合管理单元中都有唯一的编号。

8.  一种单站点或多站点的模数混合视频综合监控系统，包括多个权利要求1-7之一所述的模数混合视频综合监控系统。

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