CN104780330B - 一种大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种大容量高清视频矩阵系统，包括人机交互单元、主控板、输出板和背板卡槽，主控板分别与人机交互单元和输出板连接，输出板还与背板卡槽连接，人机交互单元包括上位机或触摸屏，触摸屏设有OSD使能开关，主控板包括第一MCU，输出板包括第二MCU和FPGA，背板卡槽设有EEPROM，人机交互单元将OSD开关信号经过第一MCU传送给第二MCU，FPGA将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。本发明还涉及一种大容量高清视频矩阵的实现方法。实施本发明的大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法，具有以下有益效果：降低ROM资源消耗、当OSD的数据量太大时能实现在视频信号上进行字符图像的叠加。

Description

一种大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法

技术领域

本发明涉及视频矩阵领域，特别涉及一种大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法。

背景技术

近年来，大容量高清视频矩阵系统在视频会议、指挥控制中心、公共交通和医疗等各个领域取得了广泛的应用。在实际项目施工中，随着通道数量的增加，布线施工愈趋复杂，显示设备又往往设置在不同空间，大大增加了故障排查难度。OSD(On Screen Display)技术在显示设备上显示通道信息，是矩阵系统设计不可或缺的部分。

将被叠加的字符或图像数据保存在FPGA内部的ROM中，由内部逻辑控制电路产生时序，在视频信号上实现字符图像的叠加，是最常见的方式。但这种技术方案会耗用大量的ROM资源，如果OSD的数据量太大，有时根本无法实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述耗用大量的ROM资源、在OSD的数据量太大时无法实现在视频信号上进行字符图像的叠加的缺陷，提供一种降低ROM资源消耗、当OSD的数据量太大时能实现在视频信号上进行字符图像的叠加的大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大容量高清视频矩阵系统，包括人机交互单元、主控板、输出板和背板卡槽，所述主控板分别与所述人机交互单元和输出板连接，所述输出板还与所述背板卡槽连接，所述人机交互单元包括上位机或触摸屏，所述触摸屏设有OSD使能开关，所述主控板包括第一MCU，所述输出板包括第二MCU和FPGA，所述背板卡槽设有EEPROM，所述上位机或触摸屏将OSD开关信号传送给所述第一MCU，所述第一MCU收到所述OSD开关信号并将其传送给所述第二MCU，所述第二MCU对所述OSD开关信号进行解析、同时读取所述EEPROM获取所述输出板的通道位置信息，所述第二MCU通过串口向所述FPGA发送OSD开关信号和所述输出板的通道位置信息，所述FPGA获取所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号、将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除、并将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵系统中，所述FPGA包括串口解析模块、OSD嵌入模块、OSD字符编码模块、视频流输入模块和视频流输出模块，所述串口解析模块与所述第二MCU连接、用于解析所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号，所述OSD嵌入模块与所述串口解析模块连接、用于判断所述OSD开关信号并将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除，所述OSD字符编码模块与所述OSD嵌入模块连接、用于将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存，所述视频流输入模块与所述OSD嵌入模块连接、用于视频流的输入，所述视频流输出模块与所述OSD嵌入模块连接、用于视频流的输出。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵系统中，所述第一MCU通过CAN总线通道与所述第二MCU通讯，所述第二MCU通过I2C总线与所述EEPROM通讯。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵系统中，所述指定大小为5行10列。

本发明还涉及一种大容量高清视频矩阵的实现方法，包括如下步骤：

A)用户通过上位机或触摸屏的OSD使能开关打开或关闭矩阵系统的OSD功能；

B)所述上位机或触摸屏通过串口向第一MCU传送OSD开关信号，所述第一MCU收到所述OSD开关信号，通过CAN总线通道通知矩阵系统的第二MCU打开或关闭OSD显示；

C)所述第二MCU解析所述OSD开关信号，同时通过I2C总线读取背板卡槽上的EEPROM获取输出板的通道位置信息；

D)所述第二MCU通过串口向FPGA传递所述OSD开关信号和所述输出板的通道位置信息；

E)所述FPGA内部通过解析串口时序获取所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号；

F)OSD嵌入模块判断所述OSD开关信号，并根据判断结果确定将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或从视频数据流中去除；

G)OSD字符编码模块将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵的实现方法中，所述步骤F)进一步包括：

F1)所述OSD嵌入模块判断OSD开关信号是否是使能信号，如是，执行步骤F2)；否则，直接将输入的视频数据流打拍输出；

F2)对输入的视频数据流的像素时钟、行同步信号和场同步信号进行计数，得到视频数据的有效区域的像素坐标，执行步骤F3)；

F3)判断所述像素坐标是否落在需要嵌入的OSD区域的范围内，如是，执行步骤F4)；否则，直接输出视频数据流；

F4)对所述像素坐标进行转换并传送到OSD字符编码模块，把从所述OSD字符编码模块读取的编码数据嵌入到输入的视频数据流。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵的实现方法中，所述OSD嵌入模块预设所述OSD区域的行总像素和列总像素，并将所述OSD区域的行总像素和列总像素传送到所述OSD字符编码模块。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵的实现方法中，所述步骤F4)中，OSD字符编码模块接收OSD嵌入模块发送的坐标，根据所述坐标在所述OSD区域内的位置输出对应的视频颜色数据。

在本发明所述的大容量高清视频矩阵的实现方法中，所述指定大小为5行10列。

实施本发明的大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法，具有以下有益效果:由于使用人机交互单元、主控板、输出板和背板卡槽，人机交互单元包括上位机或触摸屏，触摸屏设有OSD使能开关，主控板包括第一MCU，输出板包括第二MCU和FPGA，背板卡槽设有EEPROM，上位机或触摸屏将OSD开关信号传送给第一MCU，第一MCU收到OSD开关信号并将其传送给第二MCU，第二MCU对OSD开关信号进行解析、同时读取EEPROM获取输出板的通道位置信息，第二MCU通过串口向FPGA发送OSD开关信号和输出板的通道位置信息，FPGA获取OSD开关信号和所述输出板对应的通道号、将通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除、并将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存，这样就不需要占用FPGA内部的ROM，所以其降低ROM资源消耗、当OSD的数据量太大时能实现在视频信号上进行字符图像的叠加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法一个实施例中大容量高清视频矩阵系统的结构示意图；

图2为所述实施例中大容量高清视频矩阵的实现方法的流程图；

图3为所述实施例中OSD嵌入模块判断OSD开关信号，并根据判断结果确定将输出板对应的通道号嵌入视频数据流或从视频数据流中去除的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明大容量高清视频矩阵系统及矩阵的实现方法实施例中，其大容量高清视频矩阵系统的结构示意图如图1所示。图1中，该大容量高清视频矩阵系统包括人机交互单元1、主控板2、输出板3和背板卡槽4，主控板2分别与人机交互单元1和输出板3连接，输出板3还与背板卡槽4连接，人机交互单元1包括上位机或触摸屏，触摸屏设有OSD使能开关(图中未示出)，主控板2包括第一MCU21，输出板3包括第二MCU31和FPGA，背板卡槽4设有EEPROM(图中未示出)，上位机或触摸屏将OSD开关信号传送给第一MCU21，第一MCU21收到OSD开关信号并将其传送给第二MCU31，第二MCU31对OSD开关信号进行解析、同时读取EEPROM获取输出板3的通道位置信息，第二MCU31通过串口向FPGA发送OSD开关信号和输出板3的通道位置信息，FPGA获取OSD开关信号和输出板3对应的通道号、将输出板3对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除、并将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。这样就不需要占用FPGA内部的ROM，所以其降低ROM资源消耗、当OSD的数据量太大时能实现在视频信号上进行字符图像的叠加。

本实施例中，FPGA包括串口解析模块32、OSD嵌入模块33、OSD字符编码模块34、视频流输入模块35和视频流输出模块36，串口解析模块32与第二MCU31连接、用于解析OSD开关信号和输出板对应的通道号，OSD嵌入模块33与串口解析模块32连接、用于判断OSD开关信号并将输出板对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除，OSD字符编码模块34与OSD嵌入模块33连接、用于将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存，视频流输入模块35与OSD嵌入模块33连接、用于视频流的输入，视频流输出模块36与OSD嵌入模块33连接、用于视频流的输出。本实施例中，上述指定大小为5行10列，也就是5ˉ10的点阵。当然，在本实施例的一些情况下，指定大小可根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，第一MCU21通过CAN总线通道与第二MCU31通讯，第二MCU31通过I2C总线与EEPROM通讯。

本实施例还涉及一种大容量高清视频矩阵的实现方法，其流程图如图2所示。图2中，该大容量高清视频矩阵系统的实现方法包括如下步骤：

步骤S01用户通过上位机或触摸屏的OSD使能开关打开或关闭矩阵系统的OSD功能：本步骤中，户通过上位机或触摸屏的OSD使能开关打开或关闭矩阵系统(即大容量高清视频矩阵系统)的OSD功能。

步骤S02上位机或触摸屏通过串口向第一MCU传送OSD开关信号，第一MCU收到OSD开关信号，通过CAN总线通道通知矩阵系统的第二MCU打开或关闭OSD显示：本步骤中，上位机或者触摸屏通过串口与第一MCU通讯，向第一MCU传送OSD开关信号，第一MCU接收到OSD开关信号，通过CAN总线通道通知矩阵系统的所有输出板的第二MCU打开或者关闭OSD显示。

步骤S03第二MCU解析OSD开关信号，同时通过I2C总线读取背板卡槽上的EEPROM获取输出板的通道位置信息：本步骤中，输出板的第二MCU解析OSD开关信号，同时通过I2C总线读取矩阵系统背板卡槽上的EEPROM获取输出板的通道位置。

步骤S04第二MCU通过串口向FPGA传递OSD开关信号和输出板的通道位置信息：本步骤中，输出板的第二MCU通过串口与输出板的FPGA通讯，将OSD开关信号和输出板的通道位置信息传送给输出板的FPGA。

步骤S05 FPGA内部通过解析串口时序获取OSD开关信号和输出板对应的通道号：本步骤中，FPGA内部通过解析串口时序获取OSD开关信号和输出板对应的通道号。

步骤S06 OSD嵌入模块判断OSD开关信号，并根据判断结果确定将输出板对应的通道号嵌入视频数据流或从视频数据流中去除：本步骤中，嵌入模块判断OSD开关信号，并根据判断结果确定将输出板对应的通道号嵌入视频数据流或从视频数据流中去除，后续会对本步骤进行详细描述。

步骤S07 OSD字符编码模块将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存：本步骤中，OSD字符编码模块将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。本发明不占用ROM资源，设计简单。值得一提的是，本实施例中，指定大小为5行10列，当然，在本实施例的一些情况下，指定大小可根据具体情况进行相应调整。

对于本实施例而言，上述步骤S06还可进一步细化，其细化后的流程图如图3所示。图3中，上述步骤S06进一步包括：

步骤S61 OSD嵌入模块判断OSD开关信号是否是使能信号：本步骤中，OSD嵌入模块判断OSD开关信号是否是使能信号，如果判断的结果为是，则执行步骤S63；否则，执行步骤S62。

步骤S62直接将输入的视频数据流打拍输出：如果上述步骤S61的判断结果为否，即OSD开关信号不是使能信号，也就是没有OSD使能信号，则执行本步骤。本步骤中，直接将输入的视频数据流打拍输出。

步骤S63对输入的视频数据流的像素时钟、行同步信号和场同步信号进行计数，得到视频数据的有效区域的像素坐标：如果上述步骤S61的判断结果为是，即OSD开关信号是使能信号，则执行本步骤。本步骤中，对输入的视频数据流的像素时钟、行同步信号和场同步信号进行计数，得到视频数据的有效区域的像素坐标。执行完本步骤，执行步骤S64。

步骤S64判断像素坐标是否落在需要嵌入的OSD区域的范围内：本步骤中，判断像素坐标是否落在需要嵌入的OSD区域的范围内，如果判断的结果为是，则执行步骤S66；否则，执行步骤S65。

步骤S65直接输出视频数据流：如果上述步骤S64的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，直接输出视频数据流。

步骤S66对像素坐标进行转换并传送到OSD字符编码模块，把从OSD字符编码模块读取的编码数据嵌入到输入的视频数据流：如果上述步骤S64的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，对像素坐标进行转换，并将转换后的坐标传送到OSD字符编码模块，把从OSD字符编码模块读取的编码数据嵌入到输入的视频数据流。

本实施例中，OSD嵌入模块预设OSD区域的行总像素和列总像素，并将OSD区域的行总像素和列总像素传送到OSD字符编码模块。具体的，OSD嵌入模块预设OSD区域的行总像素osd_x_total(X10)和列总像素osd_y_total(Y10)，并将其传送到OSD字符编码模块；OSD字符编码模块将需要叠加的字符设计成5X10的点阵形式进行保存，需要显示的字符为黑色，其他区域填充白色。值得一提的是，点阵大小行总像素为osd_x_total/5，列总像素为osd_y_total/10。

本实施例中，在上述步骤S66中，OSD字符编码模块接收OSD嵌入模块发送的坐标，根据上述坐标在OSD区域内的位置输出对应的视频颜色数据。具体的，OSD字符编码模块先从OSD嵌入模块获得需要显示的字符，比如数字0。接着采样OSD嵌入模块传送的坐标(x，y)，根据坐标(x，y)在点阵方块区域内的位置输出对应的视频颜色数据。比如数字0，坐标在(X1,Y1)内，则将白色编码嵌入视频流；坐标在(X1<x<X2,Y1<y<Y2)内，则将黑色编码嵌入视频流。

总之，在本实施例中，不需要将被叠加的字符或图像数据保存在FPGA内部的ROM中，所以其降低ROM资源消耗、当OSD的数据量太大时能实现在视频信号上进行字符图像的叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大容量高清视频矩阵系统，其特征在于，包括人机交互单元、主控板、输出板和背板卡槽，所述主控板分别与所述人机交互单元和输出板连接，所述输出板还与所述背板卡槽连接，所述人机交互单元包括上位机或触摸屏，所述触摸屏设有OSD使能开关，所述主控板包括第一MCU，所述输出板包括第二MCU和FPGA，所述背板卡槽设有EEPROM，所述上位机或触摸屏将OSD开关信号传送给所述第一MCU，所述第一MCU收到所述OSD开关信号并将其传送给所述第二MCU，所述第二MCU对所述OSD开关信号进行解析、同时读取所述EEPROM获取所述输出板的通道位置信息，所述第二MCU通过串口向所述FPGA发送OSD开关信号和所述输出板的通道位置信息，所述FPGA获取所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号、将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除、并将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存；

所述FPGA包括串口解析模块、OSD嵌入模块、OSD字符编码模块、视频流输入模块和视频流输出模块，所述串口解析模块与所述第二MCU连接、用于解析所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号，所述OSD嵌入模块与所述串口解析模块连接、用于判断所述OSD开关信号并将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或者从视频数据流中去除，所述OSD字符编码模块与所述OSD嵌入模块连接、用于将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存，所述视频流输入模块与所述OSD嵌入模块连接、用于视频流的输入，所述视频流输出模块与所述OSD嵌入模块连接、用于视频流的输出。

2.根据权利要求1所述的大容量高清视频矩阵系统，其特征在于，所述第一MCU通过CAN总线通道与所述第二MCU通讯，所述第二MCU通过I2C总线与所述EEPROM通讯。

3.根据权利要求1或2所述的大容量高清视频矩阵系统，其特征在于，所述指定大小为5行10列。

4.一种大容量高清视频矩阵的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)用户通过上位机或触摸屏的OSD使能开关打开或关闭矩阵系统的OSD功能；

B)所述上位机或触摸屏通过串口向第一MCU传送OSD开关信号，所述第一MCU收到所述OSD开关信号，通过CAN总线通道通知矩阵系统的第二MCU打开或关闭OSD显示；

C)所述第二MCU解析所述OSD开关信号，同时通过I2C总线读取背板卡槽上的EEPROM获取输出板的通道位置信息；

D)所述第二MCU通过串口向FPGA传递所述OSD开关信号和所述输出板的通道位置信息；

E)所述FPGA内部通过解析串口时序获取所述OSD开关信号和所述输出板对应的通道号；

F)OSD嵌入模块判断所述OSD开关信号，并根据判断结果确定将所述输出板对应的通道号嵌入视频数据流或从视频数据流中去除；

G)OSD字符编码模块将需要叠加的字符设计成指定大小的点阵形式进行保存。

5.根据权利要求4所述的大容量高清视频矩阵的实现方法，其特征在于，所述步骤F)进一步包括：

F1)所述OSD嵌入模块判断OSD开关信号是否是使能信号，如是，执行步骤F2)；否则，直接将输入的视频数据流打拍输出；

F2)对输入的视频数据流的像素时钟、行同步信号和场同步信号进行计数，得到视频数据的有效区域的像素坐标，执行步骤F3)；

F3)判断所述像素坐标是否落在需要嵌入的OSD区域的范围内，如是，执行步骤F4)；否则，直接输出视频数据流；

F4)对所述像素坐标进行转换并传送到OSD字符编码模块，把从所述OSD字符编码模块读取的编码数据嵌入到输入的视频数据流。

6.根据权利要求5所述的大容量高清视频矩阵的实现方法，其特征在于，所述OSD嵌入模块预设所述OSD区域的行总像素和列总像素，并将所述OSD区域的行总像素和列总像素传送到所述OSD字符编码模块。

7.根据权利要求5或6所述的大容量高清视频矩阵的实现方法，其特征在于，所述步骤F4)中，OSD字符编码模块接收OSD嵌入模块发送的坐标，根据所述坐标在所述OSD区域内的位置输出对应的视频颜色数据。

8.根据权利要求4所述的大容量高清视频矩阵的实现方法，其特征在于，所述指定大小为5行10列。