CN103051898A

CN103051898A - 一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统和方法

Info

Publication number: CN103051898A
Application number: CN2012105878761A
Authority: CN
Inventors: 金廷满; 兰晓明; 韩光; 王雨
Original assignee: Beijing Dayang Technology Development Inc
Current assignee: Beijing Dayang Technology Development Inc
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103051898B

Abstract

本发明涉及一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统和方法，包括：带有内存和多个总线的一台计算机的主机，通过总线与所述主机连接的显卡，所述的显卡通过DVI接口与IO卡连接。本发明利用DVI接口，将显卡与IO卡直接连接起来，并定义了DVI传输各种视音频格式的协议，使通常的DVI接口不但可以传输视频信号，还可以传输音频信号。与现有技术相比本发明在机内数据总线中的视音频数据传输由4路减少为2路，明显降低了对机内数据总线的传输压力，使机内数据总线可以使用相对成本较低的数据总线。由于DVI接口本身是一种传送速度很快的接口，因此，可以非常方便的传输视音频数据，可以大大加快视音频传输的速度，有效的提高视音频数据传输的实时性。

Description

一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统和方法，是一种用于计算机系统和数据处理的方法，是一种用于无压缩视频数据的处理的系统和方法。

背景技术

在广播电视节目制作中，当涉及到视频处理时，计算机系统常常利用计算机内部显卡的图形处理能力来进行加速，以减少CPU的计算负荷。在传统的计算机系统中，SDI、HDMI等视音频信号首先经过IO(输入输出)卡采集到计算机内存中，当需要处理视频时，视频信号被传送到显卡进行处理，之后结果再送回内存。如果处理完毕后的数据需要再进行播出，则需要将视音频数据发送到IO卡，由IO卡把这些数据封装成SDI、HDMI等信号播送出去。上述的显卡、IO卡与内存之间的数据传输均是通过PCI-E数据总线来实现的，不考虑其它模块的使用，整个方案PCI-E总线上需要实现4路视音频数据的传输。对于全高清的制式（如1920*1080 50p），算下来需要的总的数据带宽将会比较大，这个时候一般会需要通过选择支持较高带宽PCI-E规格（如PCI-E 8X、16X）的主机来避免带宽不够的情况发生，这显然会给产品带来成本上增加。即便使用较高带宽的总线，由于总线传输压力较大，往往成为传输的瓶颈，影响视音频数据的传输实时性。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统和方法。所述的系统和方法将显卡和IO卡通过DVI接口连接起来，成为传输视频数据的第三通道，减少了PCI-E总线的压力。

本发明的目的是这样实现的：一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统，包括：带有内存和多个总线的一台计算机的主机，通过总线与所述主机连接的显卡，所述的显卡通过DVI接口与IO卡连接。

一种使用上述的系统通过显卡准确获取无压缩视音频数据的方法，所述方法的步骤如下：

采集视音频信号的步骤：用于所述的IO卡采集外部无压缩视音频信号，并将所述的无压缩视音频信号处理为原始视音频数据；

传输原始视频数据的步骤：用于所述的IO卡通过与其连接的总线将原始视音频数据传输到所述的内存中；

提取并处理原始视音频数据的步骤：用于所述的显卡通过与其连接的总线提取内存中所述的原始视音频数据并进行加速和视频处理，形成更新视音频数据；

传输更新视音频数据的步骤：用于所述的显卡将更新视音频数据传输到IO卡中；

打包播出的步骤：用于所述的IO卡收到更新视音频数据后，将所述的更新视音频数据重新整理打包播出；

传输更新视音频数据的步骤中所述的显卡根据DVI通讯协议通过DVI接口将更新视音频数据传输到显卡中。

本发明产生的有益效果是：本发明利用DVI接口，将显卡与IO卡直接连接起来，并定义了DVI传输各种视音频格式的协议，使通常的DVI接口不但可以传输视频信号，还可以传输音频信号。与现有技术相比本发明在机内数据总线中的视音频数据传输由4路减少为2路，明显降低了对机内数据总线的传输压力，使机内数据总线可以使用相对成本较低的数据总线。由于DVI接口本身是一种传送速度很快的接口，因此，可以非常方便的传输视音频数据，可以大大加快视音频传输的速度，有效的提高视音频数据传输的实时性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是发明实施例一所述系统的结构示意图；

图2是发明实施例三所述系统的结构示意图；

图3是发明实施例五所述协议的格式示意图；

图4是发明实施例六所述协议的格式示意图；

图5是发明实施例七所述协议的格式示意图；

图6是发明实施例八所述协议的格式示意图；

图7是发明实施例九所述协议的格式示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统，系统图如图1所示。本实施例包括：带有内存和多个总线的一台计算机的主机，通过总线与所述主机连接的显卡，所述的显卡通过DVI接口与IO卡连接。

本实施例所述的DVI是数字视觉接口（Digital Visual Interface）的首字母缩写，是一种数字化视频接口技术，一般用于显卡和显示器直接的视频信号传输，一般不传输音频信号。

在广播电视节目制作中，常常需要利用显卡对采集进来的视频数据进行一些渲染、混叠、添加字幕等处理，之后处理结果再通过主机内数据总线传送到内存，然后数据再进行存储、播出等其他处理。在这种流程中，IO卡、显卡和主机间的数据通信均是经过总线，也就是说视音频数据要在同一个总线中来回跑两次，在全高清制式数据量比较大的情况下对总线的带宽要求较高，且在实时性要求很高的时候整个流程的连贯性也会受影响。本实施例采取一种特殊的模式：当视音频信号处理后不再通过总线传输，而是利用显卡本身原有的DVI接口将显卡中的视音频信号直接传输到IO卡中。从硬件角度简单的说，就是在通常的显卡和IO卡之间用线缆直接将两卡连接起来。在通常情况下，显卡一般都有DVI接口，而多数IO卡也有DVI接口，但这些DVI接口不是用来传输视音频数据的，因为通常使用的DVI接口协议中没有关于视音频数据传输的协议。因此，如果使用DVI传输视音频数据，就要定义专门的传输协议。

本实施例所述的总线是计算机内的一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。总线是计算机各种功能部件之间传送数据的公共通信干线，在硬件上是由导线组成的传输线束。总线包括很多种，包括新一代的PCI Express（简称PCI-E）总线、PCI、AGP等类型。，

所述的IO卡是输入输出接口卡，用于计算机采集和播出视音频数据。IO卡可以是通用的输入输出接口卡，这种通用接口卡可以采集视音频信号，并将视音频信号处理为视音频数据供主机使用，然后将视音频数据处理为SDI(数字分量串行接口serial digital interface)或HDMI（高清晰度多媒体接口High Definition Multimedia Interface）等格式的视音频信号供播出使用。IO卡也可以是进行各种视音频处理的专用视音频输入输出接口卡，例如：视音频信号检测接口卡等其他专门用途的接口卡，唯一的要求是具有DVI接口（数字视觉接口Digital Visual Interface），或专门安装上DVI接口。

所述的显卡是计算机内部的显示接口卡，其基本功能是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，向显示器提供显示信号并控制显示器的正确显示，是连接显示器和计算机主机的重要部件。由于现在的显卡处理能力很强，计算机还可利用显卡来进行图像的加速计算，减少CPU的负荷。显卡与外部的接口包括VGA、DVI和HDMI等。

所述的计算机可以是各种形式的由硬件和软件组成的计算机系统，可以是服务器、小型机、中型机、工作站等，需要包括显卡和PCI-E扩展插槽等。所述的内存也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部设备交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来,是计算机中重要的部件之一。

本实施例所述的连接方式不仅可以缓解在视频处理中计算机内部总线带宽紧张的难题，还可以避免现有技术中视频处理和播出必须在同一台计算机的限制，即可以让视音频数据在一台计算机上进行处理，结果由显卡DVI接口输出到另一台计算机做播出，这样可以增加在实际应用中的灵活性。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于显卡和IO卡的连接方式的细化。本实施例所述的IO卡通过PCI-E总线与所述的显卡连接在同一台计算机的主机上，如图1所示。

本实施例是将一台计算机上的显卡和IO卡用DVI接口连接在一起，就是说对本机的处理后的视音频数据直接通过本机自己的IO卡输出。

实施例三：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于显卡和IO卡的连接方式的细化。本实施例所述的IO卡通过PCI-E总线与所述的显卡连接在不同的计算机的主机上，如图2所示。

在本实施例中，视音频文件进入计算机1的IO卡，转换为视音频数据后存入计算机1的内存中，然后由计算机1上的显卡进行加速处理，处理后的视音频数据通过计算机1上的显卡的DVI接口传输到计算机2的IO卡的DVI接口上，如图2所示。这样的输出方式可以减小计算机1上的IO卡的压力。

实施例四：

本实施例是一种使用实施例一所述的系统通过显卡准确获取无压缩视音频数据的方法。本实施例的主要思路为：外部无压缩的视音频信号经过IO卡采集到主机内存，之后视音频数据被发送到显卡进行处理，处理结果不再通过主机内的数据总线传输，而是由显卡自带的DVI接口直接发送到IO卡，之后IO卡将数据重新整理打包播出。所述方法的步骤如下：

采集视音频信号的步骤：用于所述的IO卡采集外部无压缩视音频信号，并将所述的无压缩视音频信号处理为原始视音频数据。应当说明的是：本实施例所述的原始视音频数据和更新视音频数据，是为了叙述方便而提出的，没有专业上的意义，只是为了区分处理前和处理后的视音频数据。

传输原始视频数据的步骤：用于所述的IO卡通过与其连接的总线将原始视音频数据传输到所述的内存中。

提取并处理原始视音频数据的步骤：用于所述的显卡通过与其连接的总线提取内存中所述的原始视音频数据并进行加速和视频处理，形成更新视音频数据。所述的视频处理包括：渲染、混叠、添加字幕等处理。

传输更新视音频数据的步骤：用于所述的显卡将更新视音频数据传输到IO卡中。本步骤是本实施例的关键。本步骤中所述的显卡根据DVI通讯协议通过DVI接口将更新视音频数据传输到显卡中。由于通常的DVI接口只是传输视频信号，不传输音频信号，所以要定义一个即可以传输视频信号也可以传输音频信号的协议。由于有多种视音频的播出格式，例如：高清或标清50i、高清60i、高清25p、高清30p、高清50p等格式，因此要针对各种格式定义协议。

打包播出的步骤：用于所述的IO卡收到更新视音频数据后，将所述的更新视音频数据重新整理打包播出。本步骤将经过处理的视音频数据再次处理为视频信号，如SDI、HDMI等各种格式的视音频信号输出，供播出使用。

实施例五：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四的关于DVI通讯协议的细化。本实施例所述的DVI通讯协议是：高清或标清50i视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，所述的控制位用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据；放置的方式为：视频数据每一帧放一场数据，将每秒采样的音频数据平均分为50份放在每一帧中，前50帧放置视音频数据，后10帧保留。

显卡发送高清或标清50i视音频数据时，显卡的帧率选择最常见的60帧/秒，每一帧的数据开头均为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小等信息。当IO卡接收到显卡过来的信号时，IO卡需要利用这些控制位判断如何读取视音频数据。每帧剩余的位置被用了放置视音频数据，视频是每一帧放一场数据，音频则是将每秒采样的数据平均50份放在每一帧里面，因此60帧里面是前50帧有视音频数据，后10帧可放置视音频数据的位置被保留，如图3所示。

实施例六：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四的关于DVI通讯协议的细化。本实施例所述的DVI通讯协议是：高清60i视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置被用于放置视音频数据；放置的方式为：视频数据每一帧放一场数据，将每秒采样的音频数据平均60份放在每一帧中。

显卡发送高清60i视音频数据时，显卡的帧率选择最常见的60帧/秒，每一帧的数据开头均为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小等信息。当IO卡接收到显卡过来的信号时，IO卡需要利用这些控制位判断如何读取视音频数据。每帧剩余的位置被用了放置视音频数据，视频是每一帧放一场数据，音频则是将每秒采样的数据平均60份放在每一帧里面，如图4所示。

实施例七：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四的关于DVI通讯协议的细化。本实施例所述的DVI通讯协议是：高清25p视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据；视频数据共25帧，隔帧放置，将每秒采样的音频数据平均分为25份，放置在各个视频帧之间，前50帧放置视音频数据，后10帧保留。

显卡发送高清25p视音频数据时，显卡的帧率选择最常见的60帧/秒，每一帧的数据开头均为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小等信息。当IO卡接收到显卡过来的信号时，IO卡需要利用这些控制位判断如何读取视音频数据。每帧剩余的位置被用了放置视音频数据，视频数据共25帧，每隔一帧音频帧放一帧视频数据，音频则是将每秒采样的数据平均25份，也是每隔一帧视频帧再放一帧音频数据，如图5所示。

实施例八：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四的关于DVI通讯协议的细化。本实施例所述的DVI通讯协议是：高清30p视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据，视频数据共30帧，隔帧放置，将每秒采样的音频数据平均分为30份，放置在各个视频数据帧之间。

显卡发送高清30p视音频数据时，显卡的帧率选择最常见的60帧/秒，每一帧的数据开头均为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小等信息。当IO卡接收到显卡过来的信号时，IO卡需要利用这些控制位判断如何读取视音频数据。每帧剩余的位置被用了放置视音频数据，视频数据共30帧，每隔一帧音频帧放一帧视频数据，音频则是将每秒采样的数据平均30份，也是每隔一帧视频帧再放一帧音频数据，如图6所示。

实施例九：

本实施例是实施例四的改进，是实施例四的关于DVI通讯协议的细化。本实施例所述的DVI通讯协议是：高清50p视音频数据发送协议，所述的协议的显卡帧率设定为75帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据，视频数据共50帧，两帧视频数据帧为一对隔一帧放置，将每秒采样的音频数据平均25份，放置在各对视频数据帧之间。

显卡发送高清50p视音频数据时，显卡的帧率选择常见的75帧/秒，每一帧的数据开头均为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小等信息。当IO卡接收到显卡过来的信号时，IO卡需要利用这些控制位判断如何读取视音频数据。每帧剩余的位置被用了放置视音频数据，视频数据共50帧，每隔一帧音频帧放两帧视频数据，音频则是将每秒采样的数据平均25份，每隔两帧视频帧再放一帧音频数据，如图7所示。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如IO卡和显卡之间的连接方式，协议中视音频数据的排布方式等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。本发明所述的方法可编制为应用于计算机系统的程序，并运行于本发明所述的计算机网络系统中。

Claims

1.一种通过显卡准确获取无压缩视音频数据的系统，包括：带有内存和多个总线的一台计算机的主机，通过总线与所述主机连接的显卡，其特征在于，所述的显卡通过DVI接口与IO卡连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的总线是PCI-E。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的IO卡通过总线与所述的显卡连接在同一台计算机的主机上。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的IO卡通过总线与所述的显卡连接在不同的计算机的主机上。

5.一种使用权利要求1或2所述的系统通过显卡准确获取无压缩视音频数据的方法，所述方法的步骤如下：

其特征在于：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的DVI通讯协议是：高清或标清50i视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，所述的控制位用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据；放置的方式为：视频数据每一帧放一场数据，将每秒采样的音频数据平均分为50份放在每一帧中，前50帧放置视音频数据，后10帧保留。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的DVI通讯协议是：高清60i视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置被用于放置视音频数据；放置的方式为：视频数据每一帧放一场数据，将每秒采样的音频数据平均60份放在每一帧中。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的DVI通讯协议是：高清25p视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据；视频数据共25帧，隔帧放置，将每秒采样的音频数据平均分为25份，放置在各个视频帧之间，前50帧放置视音频数据，后10帧保留。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的DVI通讯协议是：高清30p视音频数据发送协议，所述协议的显卡帧率设定为60帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据，视频数据共30帧，隔帧放置，将每秒采样的音频数据平均分为30份，放置在各个视频数据帧之间。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的DVI通讯协议是：高清50p视音频数据发送协议，所述的协议的显卡帧率设定为75帧/秒，每一帧的数据开头为控制位，用于标示帧序号、有无视音频数据、视音频数据存放地址和空间大小；其余位置用于放置视音频数据，视频数据共50帧，两帧视频数据帧为一对隔一帧放置，将每秒采样的音频数据平均25份，放置在各对视频数据帧之间。