CN105721795A

CN105721795A - 视频矩阵拼接器及其交换底板

Info

Publication number: CN105721795A
Application number: CN201610040487.5A
Authority: CN
Inventors: 周晶晶; 宗靖国
Original assignee: Xian Novastar Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Novastar Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-06-29

Abstract

本发明涉及一种视频矩阵拼接器及其交换底板。所述视频矩阵拼接器包括交换底板、输入板卡和输出板卡，交换底板上设置有包含视频交换芯片的视频矩阵切换模块。再者，交换底板上还设置有输入连接器、输出连接器以及控制模块，输入连接器电连接视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接输入板卡，输出连接器电连接视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接输出板卡，控制模块电连接视频矩阵切换模块、输入连接器和输出连接器。因此，本发明具备了传统的视频矩阵交换功能、超大的带载能力，还可以减少图像数据的传输路径及设备间的匹配问题，增强系统的可靠性和稳定性。

Description

视频矩阵拼接器及其交换底板

技术领域

本发明涉及显示控制技术领域，尤其涉及一种视频矩阵拼接器及其交换底板。

背景技术

随着LED技术的发展和用户需求的增长，LED屏幕的尺寸越来越大，分辨率也越来越高。特别是小间距技术的兴起，在常规尺寸或者更小尺寸上就可以实现1080P、4K*2K甚至更高的分辨率。小间距带来了前所未有的显示细腻程度和震撼效果，但也对前端视频源的处理设备要求越来越高。

一方面，传统的视频矩阵切换器的结构如图1所示，其以信号切换为目的，一般均采用矩阵式结构，分为输入板卡、输出板卡及交换板三部分。其中，输入板卡根据视频输入接口的不同，采用不同的专用视频解码芯片例如DVI输入采用TFP401、HDMI输入采用ADV7612等，将输入的视频信号转换为标准的TTL信号，再采用一颗FPGA或其他的专用接口芯片，将TTL信号转换为交换板卡上的视频交换芯片所采用的信号格式例如LVDS输出。输出板卡由接口芯片和视频编码芯片(比如DVI输出采用TFP410、HDMI视频输出采用ADV7511等)组成，将视频交换芯片采用的信号格式例如LVDS编码为特定的接口格式输出。交换板一般采用一颗超大规模FPGA(或专用ASIC芯片)作为视频交换芯片，根据视频切换的需求，将指定输入板卡的视频内容切换至指定的输出板卡，通过编码后输出。以DVI输入为例，输入板卡上的TFP401解码芯片将TMDS信号转换为24bit的TTL信号，通过接口处的FPGA再将TTL信号转换为4对LVDS信号，最终通过连接到交换板的接插件传输至视频交换芯片，完成DVI接口内容的输入。之后，视频交换芯片根据输出的需求，将输入的DVI内容切换到相应的输出板卡，完成信号的切换工作。然后，以VGA输出为例，输出板卡上的FPGA接收来自于视频交换芯片的LVDS信号，将其转换为输出接口芯片例如ADV7123所支持的TTL信号，ADV7123通过内置的高速DAC，将TTL信号转换为标准的VGA视频信号，并通过VGA接口输出。

然而，传统的视频矩阵切换器受限于自身的结构，其存在以下缺点：1)支持的输入、输出接口数目有限，传统的视频矩阵切换器采用的交换信号一般为LVDS信号，对于视频领域常用到的720P信号，一路输入就要使用至少5对差分线(1对时钟及4对数据线)，1080P甚至需要使用10对差分线，这对作为视频交换芯片的FPGA的管脚和传输速率、以及信号完整性具有极大的挑战。以Spartan6系列FPGA为例，管脚最多的型号仅最大支持200对差分输入或输出，这就意味着该芯片最大仅支持十路输入、十路输出的视频交换功能，极大的限制了设备的应用场合；2)功能单一，传统的视频矩阵切换器仅仅具备视频切换的功能，而且受限于解码或者编码芯片的功能限制，部分视频格式根本不能做到很好的兼容，如AV输入接口常见的480i或者576i在部分输出接口上根本不能支持；隔行输入的信号在通过输出板卡输出时仍然是隔行的信号，在用户体验上无法满足高细腻度和流畅度的要求，而且常常还伴随着边缘锯齿，图像闪烁等状况，降低了用户体验；以及3)切换过程生硬、有黑场，传统的视频矩阵切换过程中，由于输入源分辨率的改变，在输出端常常伴随着信号重新识别的过程，这会造成后端显示设备的短暂黑屏，对于一些重要的演播场合，这种情况是绝对不可接受的。

另一方面，常用的视频处理器的结构如图2所示，其通常采用专用的视频处理芯片如STDP8028等，通过STDP8028内置的接收器和高速ADC，实现DisplayPort、HDMI、DVI等数字图像和CVBS、S-VIDEO、VGA等模拟视频的接收，结合外部的存储芯片，内置的Faroudja图像处理引擎实现对输入视频的去隔行、运动检测、无级缩放、PIP、图文叠加等图像处理功能；视频处理器同时能够进行音频的处理并通过外部电路放大输出；处理后的图像数据通过TTL信号输出至DVI编码芯片如ADV7511等，转换成标准的DVI格式，最终通过DVI接口传输。

然而，常用的视频处理器虽然具备丰富的输入接口，能够实现丰富的图像处理、缩放、PIP等功能，但受限于芯片的规模，其输入接口的数目有限，且能够同时处理的图像数目一般不会超过四个；这样的结构极大的限制了视频处理器的应用场合，特别是在对于超大带载的应用场合，则需要多台视频处理器进行拼接，设备之间的连接、参数设置、同步性等均需要专业人员进行细调，操作繁琐且可靠性不佳。

发明内容

因此，为克服现有技术中的缺陷和不足，本发明提出一种视频矩阵拼接器及其交换底板。

具体地，本发明实施例提出的一种视频矩阵拼接器，包括交换底板、输入板卡和输出板卡，所述交换底板上设置有视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含有视频交换芯片。再者，所述交换底板上还设置有输入连接器、输出连接器以及控制模块，所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接所述输入板卡，所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接所述输出板卡，所述控制模块电连接所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器。

在本发明的一个实施例中，所述输入板卡设置有视频解码芯片和电连接所述视频解码芯片的串化模块，所述串化模块通过所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口。

在本发明的一个实施例中，所述输出板卡设置有解串及视频处理模块和电连接所述解串及视频处理模块的视频编码芯片，所述解串及视频处理模块通过所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口。

在本发明的一个实施例中，所述解串及视频处理模块由可编程逻辑器件实现。

在本发明的一个实施例中，所述解串及视频处理模块包括解串器和电连接在所述解串器与所述视频编码芯片之间的视频处理芯片。

在本发明的一个实施例中，所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器直接形成在所述交换底板的电路板上，所述电路板上还形成有控制板卡连接器以用于连接控制板卡，所述控制模块形成在所述控制板卡上，所述控制模块包含微处理器和电连接所述微处理器的通讯接口。

在本发明的一个实施例中，所述输入连接器和所述输出连接器直接形成在所述交换底板的电路板上，所述电路板上还形成有控制板卡连接器和交换子板连接器，所述控制板卡连接器用于连接控制板卡且所述控制模块形成在所述控制板卡上，所述控制模块包含微处理器和电连接所述微处理器的通讯接口，所述交换子板连接器用于连接交换子板且所述视频矩阵切换模块形成在所述交换子板上。

此外，本发明实施例提出的一种适用于视频矩阵拼接器的交换底板，包括视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含是视频交换芯片。再者，所述交换底板还包括多个输入连接器、多个输出连接器和控制板卡连接器，所述多个输入连接器分别电连接所述视频矩阵切换模块的多个SerDes接口且用于连接具有视频解码和串化功能的输入板卡，所述多个输出连接器分别电连接所述视频矩阵切换模块的另外多个SerDes接口且用于连接具有解串和视频编码功能的输出板卡，所述控制板卡连接器电连接所述多个输入连接器、所述多个输出连接器和所述视频矩阵切换模块且用于连接控制板卡。

再者，本发明实施例提出的一种适用于视频矩阵拼接器的交换底板，包括：交换子板连接器、控制板卡连接器、多个输入连接器以及多个输出连接器，所述交换子板连接器用于连接设置有视频矩阵切换模块的交换子板，所述视频矩阵切换模块包含视频交换芯片且配置有多个SerDes接口以通过所述交换子板连接器分别与所述多个输入连接器和所述多个输出连接器形成电连接，所述控制板卡连接器用于连接设置有微处理器和上位机通讯接口的控制板卡且电连接所述交换子板连接器、所述多个输入连接器和所述多个输出连接器，所述多个输入连接器分别用于连接具有视频解码和串化功能的输入板卡，所述多个输出连接器分别用于连接具有解串和视频编码功能的输出板卡。

另外，本发明另一实施例提出的一种视频矩阵拼接器，包括交换底板、输入板卡和输出板卡，所述交换底板上设置有视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含有视频交换芯片。再者，所述交换底板上还设置有输入连接器、输出连接器以及控制模块，所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块和所述输入板卡，所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块和所述输出板卡，所述控制模块电连接所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器，所述输入板卡设置有视频解码芯片，所述输出板卡设置有视频处理芯片和电连接所述视频处理芯片的输出端的视频编码芯片。

由上可知，本发明实施例提出的视频矩阵拼接器，具备了传统的视频矩阵交换功能、超大的带载能力，还可以减少图像数据的传输路径及设备间的匹配问题，增强系统的可靠性和稳定性，甚至可以具备专业视频处理器所具备的专业图像处理功能。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为一种传统的视频矩阵切换器的结构示意图。

图2为一种常用的视频处理器的结构示意图。

图3为本发明实施例提出的一种基于SerDes接口的视频矩阵拼接器的结构示意图。

图4为图3所示任意一个输入板卡的一种结构示意图。

图5A为图3所示任意一个输出板卡的一种结构示意图。

图5B为图5A所示解串及视频处理模块的一种结构示意图。

图6为图3所示控制板卡的一种结构示意图。

图7为本发明另一实施例提供的一种基于SerDes接口的视频矩阵拼接器中的交换底板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明下述实施例将提出一种基于高速SerDes接口的视频矩阵拼接器，与目前市场上传统的视频矩阵切换器(或称视频矩阵交换机)相比，采用这种架构的视频矩阵拼接器不但可以通过选择不同的子板，支持多个、多种输入、输出接口(理论上通过级联可以实现无数个接口的交换功能)，还可以具有专业视频处理器所具备的专业图像处理功能例如去隔行、色彩增强、图像智能缩放、PIP(picture-in-picture,画中画)等，极大地丰富了视频矩阵拼接器的处理能力和适用范围。因此可以解决的实际问题包括：a)解决传统视频处理器接口数目、种类有限，输出带载能力有限的问题，通过选装不同的子板，视频矩阵拼接器可以支持多个不同种类的输入接口，如CVBS、YPbPr、VGA、DVI、HDMI、DisplayPort、SDI等，且每种接口的数目可以根据需求自助选装，无需对硬件上进行定制；以及b)解决传统视频矩阵切换器功能单一、切换黑场的问题，通过配置视频处理功能，可以做到完全无缝切换，切换过程流畅、过渡自然，提高了用户体验，同时还可具备多窗口画面显示、去隔行、图像增强等功能。

具体地，参见图3，其为本发明实施例提出的一种基于SerDes接口的视频矩阵拼接器的结构示意图；本实施例的视频矩阵拼接器包括输入板卡，交换底板、输出板卡和控制板卡四大部分。其中，输入板卡用于视频输入内容的解码和串化(即转换成SerDes信号)；输出板卡用于对需要输出的视频内容进行丰富的图像处理及视频编码；交换底板用于通过自身内部的视频矩阵切换模块完成任意输入到输出之间的视频交换传输功能；控制板卡作为整个视频矩阵拼接器的控制模块，用于接收控制指令，协调输入、输出、以及交换底板的工作，协作完成视频交换、图像处理等功能，同时还负责人机交互的功能实现。

承上述，图3中示出N个输入板卡，其中任意一个输入板卡的结构例如图4所示。在图4中，输入板卡包括视频解码芯片41和串化模块43，其根据视频输入接口的不同，选用不同的视频解码芯片，将特定格式的视频输入信号解码成TTL信号传送给串化模块43，本实施例中的串化模块43由可编程逻辑器件例如FPGA来实现。作为串化模块43的FPGA将输入的TTL视频信号串化成SerDes信号，通过高速SerDes接口输出。一般的FPGA例如采用赛灵思公司的Spartan6系列等，至少可以达到3.25Gbps以上的带宽，这样的带宽，足够保证一个完整的1080P全高清视频的传输。

再者，图3中示出M个输出板卡，其中任意一个输出板卡的结构例如图5A所示。在图5A中，输出板卡包括解串及视频处理模块51、动态随机存储器52和视频编码芯片53；其中，解串及视频处理模块51例如由可编程逻辑器件比如FPGA来实现，作为解串及视频处理模块51的FPGA用于接收交换底板通过SerDes接口传输过来的视频源，将高速串行SerDes信号解码成视频编码芯片53支持的TTL信号格式，并且可在FPGA内部进行图像缩放、色彩增强、去隔行、和/或开窗显示等图像处理，处理后的视频内容最终通过视频编码芯片53编码成特定格式从输出接口输出。其中的动态随机存储器52例如是DDR3，其用于图像的缓存，辅助完成图像的缩放、增强、和/或去隔行等图像处理功能。

此外，可以理解的是，在其他实施例中，如图5B所示，解串及视频处理模块51也可以由解串器(Deserializer)511和视频处理芯片513组合来实现以达到更好的图像处理效果，动态随机存储器52连接视频处理芯片513；如此，可以由解串器511接收交换底板通过SerDes接口传输过来的高速串行SerDes信号并将串行SerDes信号解串成视频处理芯片513支持的信号格式，再由视频处理芯片513对解串后的视频信号进行图像处理功能并输出视频编码芯片53支持的TTL信号格式。

请再参见图3，交换底板中的视频矩阵切换模块例如采用专业的高速视频交换芯片(如CrossPoint交换芯片，像Mindspeed公司的M21121或M21111等芯片)为核心，该视频交换芯片根据规模大小的不同，一般具备34×34或者17×17等视频交换能力，即每个视频交换芯片可支持34或17路高速SerDes信号输入，34或17路SerDes信号输出，每路SerDes信号传输带宽最低可达3.2Gbps，根据选择的芯片不同，该SerDes接口的速率还可以更高(如6.25Gbps、10Gbps甚至更高)。该种视频交换芯片可以实现任意输入、输出之间的交换传输功能，且延时可以基本忽略(纳秒级别)，最终完成任意输入、输出板卡之间的视频内容高速交换工作。从图3中还可以得到，交换底板的电路板上除了视频矩阵切换模块之外，还设置有N个输入连接器和M个输出连接器，从而交换底板最大可以连接N个输入板卡和M个输出板卡，当然实际应用中并不限制每一个输入连接器和输出连接器必须连接输入及输出板卡，也即可以部分处于闲置状态；视频矩阵切换模块连接在N个输入连接器和M个输出连接器之间且视频矩阵切换模块是通过SerDes接口与各个输出连接器1-N及各个输出连接器1-M相连接；并且，交换底板的电路板上还设置有控制板卡连接器，电连接各个输入连接器1-N、各个输出连接器1-M及视频矩阵切换模块，其用于连接控制板卡。

此外，参考图6，其为图3所示控制板卡的一种结构示意图。在图6中，控制板卡包括微控制器61及周边电路例如连接微控制器61的闪存63、网口65、连接在网口65和微控制器61之间的网络PHY芯片66以及连接微控制器61的USB口67。微控制器61例如是ARM处理器或单片机，其作为整个视频矩阵拼接器的核心控制部分，可以通过千兆网口或者USB口等通讯接口接收来自于上位机软件的控制指令，通过与各个输入连接器1-N、输出连接器1-M及视频矩阵切换模块连接的控制总线将相应的指令传输至特定板卡及视频矩阵切换模块，最终完成预期的功能。控制板卡还负责整个系统的人机交互工作，如输入按键的采集，系统状态的LCD显示等等。

由上可知，本实施例提供的视频矩阵拼接器不仅接口类型丰富，图像处理功能和带载驱动能力也得到了极大的增强，能够让用户的选择多样化，操作更加方便；同时减少了图像数据的传输路径及设备间的匹配问题，增强了系统的可靠性和稳定性。

在其他实施例中，如图7所示，一种可替代的设计为视频矩阵切换模块并不是直接设置在交换底板的电路板上，而是以子板(称之为交换子板)的形式存在，交换底板仅用于布置连接器例如各个输入连接器1-N、各个输出连接器1-M、控制板卡连接器和交换子板连接器和走线；这种方式可以有利于组合成不同级别的产品，如选用交换数目更多的交换子板，以实现更多的输入、输出接口数目。

最后，还可以理解的是，控制板卡上的功能电路(例如前述微控制器61及其周边电路)也可以作为一个控制模块直接形成在交换底板的电路板上，而非前述的以子板(也即控制板卡)的形式设置在交换底板上。此外，视频矩阵切换模块与各个输入、输出连接器的接口也可以不限制为SerDes接口，只是采用SerDes接口的话，因为其为串行信号接口，数据传输时占用的信号线很少，所以有利于减少图像数据的传输路径及设备间的匹配问题，增强系统的可靠性和稳定性。

综上所述，本发明实施例提出的一种视频矩阵拼接器，不但具备了传统的视频矩阵交换功能，超大的带载能力，同时还可以具备多信号源的无缝拼接处理，无极缩放和丰富的开窗处理功能，具有极高的可扩展性，满足了LED显示技术发展的迫切需求。具体而言，本发明提供的视频矩阵拼接器可以具有如下特点：1)丰富的可自定义输入、输出接口，输入、输出部分均采用可拆卸的板卡形式，支持各种不同的接口形式，不但可以支持Displayport，HDMI、DVI、SDI等数字接口，还支持VGA、S-Video、CVBS、Component、Composite等模拟视频输入接口，方便了各种不同的应用场合；2)多种图像处理功能，包括色彩增强等色彩处理功能、图像去隔行、无级缩放等视频图像处理功能，并实现PIP、图文叠加等图像融合功能，极大地丰富了拼接器的视频处理功能，提高了适用范围；以及3)系统集成度高、带载超大，解决了传统视频处理设备为带载超大屏幕时需要解决的多台拼接问题，降低了系统的复杂程度，提高了稳定性和可靠性，这在租赁场合是不可或缺的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种视频矩阵拼接器，包括交换底板、输入板卡和输出板卡，所述交换底板上设置有视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含有视频交换芯片；其特征在于，所述交换底板上还设置有输入连接器、输出连接器以及控制模块，所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接所述输入板卡，所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口且用于连接所述输出板卡，所述控制模块电连接所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器。

2.如权利要求1所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述输入板卡设置有视频解码芯片和电连接所述视频解码芯片的串化模块，所述串化模块通过所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口。

3.如权利要求1所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述输出板卡设置有解串及视频处理模块和电连接所述解串及视频处理模块的视频编码芯片，所述解串及视频处理模块通过所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块的SerDes接口。

4.如权利要求3所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述解串及视频处理模块由可编程逻辑器件实现。

5.如权利要求3所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述解串及视频处理模块包括解串器和电连接在所述解串器与所述视频编码芯片之间的视频处理芯片。

6.如权利要求1所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器直接形成在所述交换底板的电路板上，所述电路板上还形成有控制板卡连接器以用于连接控制板卡，所述控制模块形成在所述控制板卡上，所述控制模块包含微处理器和电连接所述微处理器的通讯接口。

7.如权利要求1所述的视频矩阵拼接器，其特征在于，所述输入连接器和所述输出连接器直接形成在所述交换底板的电路板上，所述电路板上还形成有控制板卡连接器和交换子板连接器，所述控制板卡连接器用于连接控制板卡且所述控制模块形成在所述控制板卡上，所述控制模块包含微处理器和电连接所述微处理器的通讯接口，所述交换子板连接器用于连接交换子板且所述视频矩阵切换模块形成在所述交换子板上。

8.一种适用于视频矩阵拼接器的交换底板，包括视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含是视频交换芯片；其特征在于，所述交换底板还包括多个输入连接器、多个输出连接器和控制板卡连接器，所述多个输入连接器分别电连接所述视频矩阵切换模块的多个SerDes接口且用于连接具有视频解码和串化功能的输入板卡，所述多个输出连接器分别电连接所述视频矩阵切换模块的另外多个SerDes接口且用于连接具有解串和视频编码功能的输出板卡，所述控制板卡连接器电连接所述多个输入连接器、所述多个输出连接器和所述视频矩阵切换模块且用于连接控制板卡。

9.一种适用于视频矩阵拼接器的交换底板，其特征在于，包括：交换子板连接器、控制板卡连接器、多个输入连接器以及多个输出连接器，所述交换子板连接器用于连接设置有视频矩阵切换模块的交换子板，所述视频矩阵切换模块包含视频交换芯片且配置有多个SerDes接口以通过所述交换子板连接器分别与所述多个输入连接器和所述多个输出连接器形成电连接，所述控制板卡连接器用于连接设置有微处理器和上位机通讯接口的控制板卡且电连接所述交换子板连接器、所述多个输入连接器和所述多个输出连接器，所述多个输入连接器分别用于连接具有视频解码和串化功能的输入板卡，所述多个输出连接器分别用于连接具有解串和视频编码功能的输出板卡。

10.一种视频矩阵拼接器，包括交换底板、输入板卡和输出板卡，所述交换底板上设置有视频矩阵切换模块，所述视频矩阵切换模块包含有视频交换芯片；其特征在于，所述交换底板上还设置有输入连接器、输出连接器以及控制模块，所述输入连接器电连接所述视频矩阵切换模块和所述输入板卡，所述输出连接器电连接所述视频矩阵切换模块和所述输出板卡，所述控制模块电连接所述视频矩阵切换模块、所述输入连接器和所述输出连接器，所述输入板卡设置有视频解码芯片，所述输出板卡设置有视频处理芯片和电连接所述视频处理芯片的输出端的视频编码芯片。