CN104918024A - 交叉点矩阵系统及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交叉点矩阵系统及其数据处理方法，以使用小规模的交叉点矩阵来实现大规模的切换需求。该方法包括：输入端接入并将至少两路视频信号合并到一对差分线上传送给交叉点矩阵；通过所述交叉点矩阵将所述输入端的差分信号切换到相应的输出端；所述输出端从所述交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号并输出。

Description

交叉点矩阵系统及其数据处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种交叉点矩阵系统及其数据处理方法。

背景技术

视频矩阵是指通过阵列切换的方法将m路视频信号任意输出至n路监控设备上的电子装置，一般用于各类监控场合；可以做到音频和视频同步或者不同步，方便，节约成本。

交叉点矩阵(Cross Point Switch)是一种常见的视频矩阵，其在切换过程中，入线是通过在空间的位置(即交叉点，Cross Point)来选择出线，并建立接续。

然而，现有的交叉点矩阵在应用过程中，即便是在单个矩阵的应用环境中，由于其成本随入线和出线的增加而陡增；因此，如何使用小规模的交叉点矩阵来实现大规模的切换需求，始终是本领域技术人员所深入研究的问题。

现有的交叉点矩阵系统一般包括：交叉点矩阵(即切换芯片)及其连接的输入端和输出端，输入端用于接入输入信号并将其转化成该交叉点矩阵能处理的数据，输出端用于将切换后的数据转换成显示器、拼接屏等终端能处理的视频信号并输出。其中，现有的输入端和输出端对各路视频信号的处理都是彼此独立的，从而使得现有的矩阵系统的系统切换规模大多即等同于切换芯片本身的切换规模。

发明内容

本发明的主要目的在于公开一种交叉点矩阵系统及其数据处理方法，以使用小规模的交叉点矩阵来实现大规模的切换需求，降低成本。

为达上述目的，本发明公开一种交叉点矩阵系统的数据处理方法，包括：

输入端接入并将至少两路视频信号合并到一对差分线上传送给交叉点矩阵；

通过所述交叉点矩阵将所述输入端的差分信号切换到相应的输出端；

所述输出端从所述交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号并输出。

为达上述目的，本发明实施例还公开一种交叉点矩阵系统，包括交叉点矩阵及其连接的输入端和输出端，其中：

所述输入端，用于接入并将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上传送给所述交叉点矩阵；

所述交叉点矩阵，用于将所述输入端的差分信号切换到相应的输出端；

所述输出端，用于从所述交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号并输出。

本发明公开的交叉点矩阵系统及其数据处理方法，至少具有下述优点：

由于交叉点矩阵所切换的差分信号中合并有输入端所接入的至少两路视频信号，然后再在输出端分离出原始的各路视频信号，从而使得小规模的交叉点矩阵可用于来实现大规模的切换需求，降低了成本。例如，假设输入端将所接入的每两路视频信号合并到一路差分线上传输，则该矩阵系统对应的切换规模相比于切换芯片本身的切换规模，其输入部分实现了倍增；同理，假设输出端能从交叉点矩阵所传送的一路差分信号中分离并输出相应输入端所接入的2路视频信号，其输出部分也实现了倍增。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种交叉点矩阵系统的数据处理方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种A卡；

图3为本发明实施例公开的一种B卡；

图4为本发明实施例公开的一种C卡；

图5为本发明实施例公开的一种切换机箱；

图6为本发明实施例公开的一种全交叉矩阵系统；

图7为本发明实施例公开的一种交叉点矩阵系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实现方式做一详细描述。所举实例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本实施例公开一种交叉点矩阵系统的数据处理方法。该系统包括：交叉点矩阵及其连接的输入端和输出端。可选的，该系统还配置有嵌入式控制主机及网络键盘；其中，该嵌入式控制主机与该输入端、交叉点矩阵、输出端及网络键盘建立有网络连接。该嵌入式控制主机存储有整个矩阵系统的网络拓扑，可用于接收网络键盘的操作，对整个矩阵系统作为一个整体控制。相关交叉点矩阵系统中相关组成部分的配置和控制也可以通过单片机、DSP芯片等及相应的IIC、PCIE等总线进行相应的配置及控制，此种技术为本领域技术人员所熟知的现有技术，在此不做详述。

如图1所示，本实施例公开的交叉点矩阵系统的数据处理方法包括：

步骤S1、输入端接入并将至少两路视频信号合并到一对差分线上传送给交叉点矩阵。该输入端所接入的视频信号包括但不限于RGB、SDI、VGA、HDMI等视频信号，也可以是PAL、NTSC制式的视频信号。较佳的，本实施例优选将类型相同的多路视频信号(例如：SDI信号)合并传输，而在技术实现上，将两种或两种以上不同类型的视频信号合并传输也是可实现的。

可选的，当该视频数据为SDI等串行视频信号时，该步骤可将多个输入串行流中的位汇聚为更快的串行信号对。

具体实现时，该输入端可部署FPGA芯片以基于serdes结构将至少两路视频信号合并到一对差分线上。例如将两路速度为1.5G的HD-SDI视频信号合并成速度为3G或大于3G的差分信号。其中，以接入的SDI视频信号为例，该输入端可以先对该视频信号进行串并转换(若接入的为并行信号，则可省略该串并转换过程)，以获取相应至少两路视频信号的并行数据，然后根据自定义的私有协议将各该至少两路视频信号的并行数据填充到相应的数据帧格式中，然后基于serdes结构对待传送的合并数据进行并串转换，以合并到一对差分线上传输给交叉点矩阵。

值得说明的是：本领域的技术人员应该理解，上述将至少两路视频信号合并到一对差分线上传送也可以被现有的或后续新研究的其他技术所替代，此种变换皆属于本发明的保护范围。而且，作为一种变通，本发明实施例也可以将输入端所接入的3路视频信号合并到2对差分线上传送给交叉点矩阵；此种变形主要视该输入端与交叉点矩阵所连接的差分线所能提供的带宽和所接入各路视频信号的带宽而定，以充分利用资源并确保信号传输的实时性；此种等同替换，皆属于本发明的保护范畴；后续不再赘述。

步骤S2、通过交叉点矩阵将输入端的差分信号切换到相应的输出端。其中，该交叉点矩阵的入线和出线皆采用成对的差分线，其内部可采用串行差分切换。

步骤S3、输出端从交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出输入端所接入的相应视频信号并输出。

该步骤为上述步骤S1的逆过程。同理，该输出端也可基于FPGA来辅助实现。具体实现时，该输出端可以先对接收的差分信号进行串并转换，然后根据上述的自定义私有协议分离出相应的输入端所接入的各路视频信号。其中，分离出的各路视频信号可以以输入端所接入时的信号格式输出，也可以根据后端需求将其转换成显示器、拼接屏等终端能处理的视频信号并输出，具体视现场实际需求而定，该过程根据需要可能包括并串转换，编码等处理，此种技术皆为本领域技术人员所熟知，在此不做详述。

值得说明的是，本实施例对视频信号的合并和分离是个互逆的过程，与现有的图像处理中的图像叠加不同的是，上下图层之间的叠加往往会造成图像数据的丢失，从而无法完整还原出各路原始的图像数据，因此是个不可逆的过程，叠加后的图像即为一个不可分离的单幅图像。而本实施例中，输入端所合并的各路视频信号不存在上下图层关系，为无损合并。

综上，本实施例公开的交叉点矩阵系统及其数据处理方法，至少具有下述优点：

由于交叉点矩阵所切换的差分信号中合并有输入端所接入的至少两路视频信号，然后再在输出端分离出原始的各路视频信号，从而使得小规模的交叉点矩阵可用于来实现大规模的切换需求，降低了成本。例如，假设输入端将所接入的每两路视频信号合并到一路差分线上传输，则该矩阵系统对应的切换规模相比于切换芯片本身的切换规模，其输入部分实现了倍增；同理，假设输出端能从交叉点矩阵所传送的一路差分信号中分离并输出相应输入端所接入的2路视频信号，其输出部分也实现了倍增。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上做进一步改进。所做改进具体为：

将所述输入端分割成可拆卸的A卡和B卡，且所述A卡基于FPGA的serdes结构将至少两路视频信号合并到一对差分线上；以及

所述A卡将合并的视频信号分配到至少两个输出接口，以分别连接不同交叉点矩阵所关联的B卡，实现相应数目的各该交叉点矩阵的级联；

且所述B卡设有至少两个输入接口，以接收至少2个A卡的视频信号，并将其传送给相关联的交叉点矩阵。

本实施例通过上述A卡和B卡的设置，则在做级联部署时，可以将多个A卡集中部署在同一机箱，并将任一交叉点矩阵与相应数量的B卡及输出端部署于另一机箱，藉此，则在两个或两个以上的交叉点矩阵做级联部署时，机箱与机箱之间的布线简洁明了，为维护管理提供了极大的便利。

可选的，上述A卡与B卡之间采用DP信号线连接，且A卡的输出接口和B卡的输入接口采用mini-DP接口或适配DP信号线的自定义接口。以输入端所接入的为SDI视频信号为例，具体实现时，该A卡可以将每两路SDI信号，对应所述DP信号线的一个差分对并分配到2个输出接口。由于一个DP信号线设有4对差分对，因此，一路DP信号线可传送8路SDI信号；与之相对应的，B卡可设有8对差分线用以传输分别来自两个A卡的视频信号，该视频信号为两路SDI的合并信号。藉此，则在本实施例的交叉点矩阵系统进行布线时，尤其是在做级联部署以应用于大规模的切换场景时，A卡与B卡之间，原有的8路SDI信号线可以缩减为1路DP信号线，极大地简化了布线，便于维护管理。下面举例做进一步说明：

在现有的矩阵系统中，一般情况下，矩阵的输入大于输出，即m>n。例如：现有的入线和出线分别为512×288的切换芯片，其对应的矩阵系统所能接入的SDI输入源最大为512路，输出最大为288路。然而，在大规模的实际应用场景中，若需要实现512×576的SDI切换规模，则需要两台512×288的交叉点矩阵进行级联，即将每路SDI信号通过分配器，一分为二以分别接入两个级联的交叉点矩阵；由于SDI线只能传输单路SDI信号，从而使得采用SDI线进行级联会产生太多的布线，给部署及维护管理带来了极大的不便，亟待改进。

而采用本实施例的上述方案，如图2至图6所示：

图2的A卡，把8路SDI信号(SDI IN)合成为两组4个3G的差分对，选用mini-dp作为接口形式。1，2路在DP1、DP2信号线的第一个差分对里，3，4路在DP1、DP2信号线的第二个差分对里，依次类推。其中两个DP输出接口，主要是为了如图6做级联部署时，分配信号使用。

图3中的B卡，每个DP输入接口接收4路的3G私有协议输入，两个DP输入接口接收8路的3G私有协议输入，合计相当于接入16路的SDI信号。两路DP信号来自于两个A卡，输出8路差分对给交叉点矩阵。

图4中的C卡，即上述的“输出端”，用于接收由交叉点矩阵所传送的8路私有协议的3G信号，然后从每路合并信号中分离出两路SDI信号，每个SDI输出(SDI OUT)可选择其中一路输出；例如：第一个SDI输出从第一个3G差分对里选择一路SDI信号输出(注：未输出的另一路SDI信号可以通过另一级联矩阵所连接的另一C卡予以分离并输出，处理过程与之类似)，第二个SDI输出从第二个差分对里选择一路SDI信号输出，以此类推。

值得说明的是：作为一种变形，本领域的技术人员也可以将该C卡改进为一个差分对对应两路SDI信号输出，此种变形皆属于本发明的保护范围。

图5中的切换机箱，以切换规模为512×288计算，可配置32张B卡及36张C卡。

如图6所示，可将64块A卡部署于前端机箱，后端再设两个配置有512×288交叉点矩阵的两切换机箱；具体布线时，前端机箱与后端两切换机箱之间以64路DP信号线完成连接；且两个切换机箱的DP信号完全相同，内部包含所有的512路SDI信号，藉此，该级联可以实现512×576的全交叉矩阵切换。

综上，本实施例公开的交叉点矩阵系统的数据处理方法，通过输入端A卡和B卡的拆分及相关传输线及接口的设计，可以进一步极大的简化布线，尤其是在两个或两个以上的交叉点矩阵级联使用时。且本领域的技术人员可将上述A卡与B卡之间的DP传输线替换为包含至少两对差分线(常用但不限于4对)的其他传输线，例如HDMI传输线等；此种等同替换，皆属于本发明的保护范围，后续不做赘述。

实施例三

与上述实施例一和二相对应的，本实施例公开一种交叉点矩阵系统。

如图7所示，该系统包括交叉点矩阵72及其连接的输入端71和输出端73。可选的，该系统还包括嵌入式控制主机及网络键盘，该嵌入式控制主机与相应的输入端、交叉点矩阵、输出端及网络键盘等建立有网络连接。其中：

输入端，用于接入并将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上传送给交叉点矩阵。

交叉点矩阵，用于将输入端的差分信号切换到相应的输出端。其中，单个交叉点矩阵所连接的输入端数量可以为两个或两个以上；同理，单个交叉点矩阵所连接的输出端数量也可以为两个或两个以上。

输出端，用于从交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出输入端接入的相应视频信号并输出。

可选的，具体实现时，上述输入端，还用于：在将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上之前，获取相应至少两路视频信号的并行数据；以及上述输出端，还用于：在从差分信号中分离出输入端所接入的相应视频信号之前，对差分信号进行串并转换。

进一步的，上述输入端包括可拆卸的A卡和B卡，上述A卡部署有FPGA芯片以基于serdes结构将至少两路视频信号合并到一对差分线上；以及

上述A卡设有至少两个输出接口，以将合并的视频信号分配到不同交叉点矩阵所关联的B卡，实现相应数目的各该交叉点矩阵的级联；

且上述B卡设有至少两个输入接口，以传输至少两个A卡的视频信号，并将其传送给相关联的交叉点矩阵。

进一步的，上述A卡与B卡之间采用包含4对差分对的传输线连接。当所接入视频信号为SDI信号时，该A卡还具体用于将每两路SDI信号，对应该传输线的一个差分对并分配到2个输出接口；以及该B卡设有8对差分线以接收分别来自两个A卡的视频信号。具体实现时，上述A卡与B卡之间可采用DP信号线连接，且A卡的输出接口和B卡的输入接口采用mini-DP接口或适配DP信号线的自定义接口。

综上，本实施例中，由于交叉点矩阵所切换的差分信号中合并有输入端所接入的至少两路视频信号，然后再在输出端分离出原始的各路视频信号，从而使得小规模的交叉点矩阵可用于来实现大规模的切换需求，降低了成本。而且通过输入端A卡和B卡的拆分及相关传输线及接口的设计，可以进一步极大的简化布线，尤其是在两个或两个以上的交叉点矩阵级联使用时。且本领域的技术人员可将上述A卡与B卡之间的DP传输线替换为包含至少两对差分线的其他传输线，例如HDMI传输线等。

实施例四

与上述各实施例相对应的，本实施例公开一种交叉点矩阵系统的数据处理方法，包括：

输入端接入N(N大于等于2)路视频信号，并将该N路视频信号合并成在一对差分线上传送的差分信号；

该输入端将该差分信号分配到N个交叉点矩阵；

由N个输出端分别从该N个交叉点矩阵中分离出该输入端所接入的N路视频信号中的一路并输出。

可选的，上述将该N路视频信号合并成在一对差分线上传送还可以采用时分复用、波分复用、频分复用等技术予以实现。进一步的，至少一上述输入端所接入的视频信号数量为N×M(M大于等于2)，并通过设有M对差分线的传输线将M路合并后的视频信号传送给任一交叉点矩阵。与之对应的，相应交叉点矩阵连接的输出端再分离出原始的视频信号并输出。值得注意的是：本实施例中，各路“合并后的视频信号”对应于上述合并N路视频信号的差分信号，而不是将M路视频信号合并在一对差分信号上传输。其中，与上述实施例二图2～6相对应的，N的取值为2，M的取值为4。

实施例五

与上述实施例四相对应的，本实施例还公开一种交叉点矩阵系统，包括：

输入端，用于接入N路视频信号，并将该N路视频信号合并成在一对差分线上传送的差分信号；以及将该差分信号分配到N个交叉点矩阵；

N个输出端，对应从该N个交叉点矩阵中分离出该输入端所接入的N路视频信号中的一路并输出。

较佳的，至少一该输入端所接入的视频信号数量为N×M，并通过设有M对差分线的传输线将M路合并后的视频信号传送给任一该交叉点矩阵。与之对应的，相应交叉点矩阵连接的输出端再分离出原始的视频信号并输出。值得注意的是：本实施例中，各路“合并后的视频信号”对应于上述合并N路视频信号的差分信号，而不是将M路视频信号合并在一对差分信号上传输。其中，与上述实施例二图2～6相对应的，N的取值为2，M的取值为4。

上述实施例四及实施例五，架构简单，配置及相应的控制都很方便，稳定性强，并可减少级联的布线。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，包括：

输入端接入并将至少两路视频信号合并到一对差分线上传送给交叉点矩阵；

通过所述交叉点矩阵将所述输入端的差分信号切换到相应的输出端；

所述输出端从所述交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号并输出。

2.根据权利要求1所述的交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于：

将所述输入端分割成可拆卸的A卡和B卡，且所述A卡基于FPGA的serdes结构将至少两路视频信号合并到一对差分线上；以及

所述A卡将合并的视频信号分配到至少两个输出接口，以分别连接不同交叉点矩阵所关联的B卡，实现相应数目的各该交叉点矩阵的级联；

且所述B卡设有至少两个输入接口，以接收至少2个A卡的视频信号，并将其传送给相关联的交叉点矩阵。

3.根据权利要求2所述的交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，所述视频信号为SDI信号，所述A卡与所述B卡之间采用包含4对差分对的传输线连接；该方法还具体包括：

所述A卡将每两路SDI信号，对应所述传输线的一个差分对并分配到2个输出接口；以及

所述B卡设有8对差分线用以传输分别来自两个A卡的视频信号。

4.根据权利要求1至3任一所述的交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，所述输入端将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上之前还包括获取相应至少两路视频信号的并行数据；以及

所述输出端从所述差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号之前还包括对所述差分信号进行串并转换。

5.根据权利要求1至3任一所述的交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，在该系统中配置嵌入式控制主机及网络键盘，并建立该嵌入式控制主机与所述输入端、交叉点矩阵、输出端及网络键盘的网络连接。

6.一种交叉点矩阵系统，其特征在于，包括交叉点矩阵及其连接的输入端和输出端，其中：

所述输入端，用于接入并将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上传送给所述交叉点矩阵；

所述交叉点矩阵，用于将所述输入端的差分信号切换到相应的输出端；

所述输出端，用于从所述交叉点矩阵所传送的差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号并输出。

7.根据权利要求6所述的交叉点矩阵系统，其特征在于：

所述输入端包括可拆卸的A卡和B卡，所述A卡部署有FPGA芯片以基于serdes结构将至少两路视频信号合并到一对差分线上；以及

所述A卡设有至少两个输出接口，以将合并的视频信号分配到不同交叉点矩阵所关联的B卡，实现相应数目的各该交叉点矩阵的级联；

且所述B卡设有至少两个输入接口，以传输至少两个A卡的视频信号，并将其传送给相关联的交叉点矩阵。

8.根据权利要求7所述的交叉点矩阵系统，其特征在于，所述A卡与所述B卡之间采用包含4对差分对的传输线连接；以及：

所述A卡，还具体用于将每两路SDI信号，对应所述传输线的一个差分对并分配到2个输出接口；以及所述B卡设有8对差分线以接收分别来自两个A卡的视频信号。

9.根据权利要求6至8任一所述的交叉点矩阵系统，其特征在于，

所述输入端，还用于：在将至少两路视频信号合并到至少一对差分线上之前，获取相应至少两路视频信号的并行数据；以及

所述输出端，还用于：在从所述差分信号中分离出所述输入端所接入的相应视频信号之前，对所述差分信号进行串并转换。

10.根据权利要求6至8任一所述的交叉点矩阵系统，其特征在于，还包括：嵌入式控制主机及网络键盘，所述嵌入式控制主机与所述输入端、交叉点矩阵、输出端及网络键盘网络连接。

11.一种交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，包括：

输入端接入N路视频信号，并将该N路视频信号合并成在一对差分线上传送的差分信号；

所述输入端将所述差分信号分配到N个交叉点矩阵；

由N个输出端分别从所述N个交叉点矩阵中分离出所述输入端所接入的N路视频信号中的一路并输出；

其中所述N大于等于2。

12.根据权利要求11所述的交叉点矩阵系统的数据处理方法，其特征在于，至少一所述输入端所接入的视频信号数量为N×M，并通过设有M对差分线的传输线将M路合并后的视频信号传送给任一所述交叉点矩阵；

所述M大于等于2。

13.一种交叉点矩阵系统，其特征在于，包括：

输入端，用于接入N路视频信号，并将该N路视频信号合并成在一对差分线上传送的差分信号；以及将所述差分信号分配到N个交叉点矩阵；

N个输出端，对应从所述N个交叉点矩阵中分离出所述输入端所接入的N路视频信号中的一路并输出；

其中所述N大于等于2。

14.根据权利要求13所述的交叉点矩阵系统，其特征在于，至少一所述输入端所接入的视频信号数量为N×M，并通过设有M对差分线的传输线将M路合并后的视频信号传送给任一所述交叉点矩阵；

所述M大于等于2。