CN108124203A - 一种基于fc-av协议的视频数据复制分发设备 - Google Patents

一种基于fc-av协议的视频数据复制分发设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FC‑AV协议的视频数据复制分发设备，其包括视频复制分发模块和FC接收模块；视频复制分发模块用于将多路视频数据封装到FC‑AV帧中，并通过光纤发送出去；FC接收模块用于将FC‑AV帧解析还原为视频并通过视频线缆传送至显控终端进行显示。本发明通过视频复制分发模块和FC接收模块，按照FC‑AV协议实现对单路高清视频的复制分发及无损传输。

Description

一种基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备
技术领域
本发明属于视频数据处理技术领域，涉及一种基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，应用FPGA实现单路视频数据复制为多路视频，基于FC-AV协议将叠加视频封装为数据帧，通过光纤对多路视频流进行分发。
背景技术
目前主流的远程视频监控解决方案多使用IP通信对视频数据进行组播传输。采用前端服务器对视频数据压缩为H.264或MPEG 4格式码流，输出组播实时监视流，由经过组播优化的交换机进行视频流分发，在接收端需配置后端服务器对视频流进行解码解压缩处理。
相比较而言，基于FC-AV协议的视频处理有以下优点：
1)基于IP协议的服务器视频编码，码流编码速率最高为4Mbps；基于FC-AV协议的FPGA编码速率以像素时钟为基准，高达几十兆到一百多兆；
2)无需对视频进行压缩，真正实现了视频高带宽、高可靠性、低延迟、远距离的无损传输；
3)只需在发送端及接收端布置嵌入式设备，降低了大规模监控建设的综合投资；
4)基于光纤介质的频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强及保真度高等优点，保证视频数据的无损、高速传输。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，实现对单路高清视频的复制分发及无损传输。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其包括视频复制分发模块和FC接收模块；视频复制分发模块用于将多路视频数据封装到FC-AV帧中，并通过光纤发送出去；FC接收模块用于将FC-AV帧解析还原为视频并通过视频线缆传送至显控终端进行显示。
其中，所述多路视频数据的格式为DP、HDMI、DVI，或其他格式。
其中，所述视频复制分发模块包括：视频采集芯片、数据缓存模块、帧封装模块和输出模块，视频数据从视频源通过视频输入通道传入视频复制分发模块后，首先经过视频采集芯片，将视频流转换为像素数据和同步控制信号以及相应的处理时钟，这些信号全部输入给FPGA，FPGA中的数据缓存模块对像素数据缓存实现复制为多路视频，并通过帧封装模块将其封装为FC-AV帧后发送到输出模块上进行输出。
其中，所述输出模块将要输出的并行数据经过GTX的编码以及并串转换，将高速串行数据发送到光模块，转换为光信号发出。
其中，所述输出模块包括：发送模块、字同步模块、链路建立模块及GTX模块；发送模块连接帧封装模块、GTX模块和链路建立模块，链路建立模块通过字同步模块连接GTX模块；GTX模块用于实现串并转换、8B/10B编解码功能；字同步模块用于完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块用于完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块用于实现对FC帧按时标发送的功能，同时发送模块还负责维护FC协议的流控机制。
其中，所述FC接收模块包括GTX模块、字同步模块、链路建立模块、帧解析和处理模块、视频输出芯片；其中，GTX模块、字同步模块和链路建立模块与视频复制分发模块共用；进入FC接收模块的光信号通过光收发模块进入FPGA，通过高速串并转换通道GTX，完成解码、串并转换，GTX输出的并行数据进入字同步模块和链路建立模块，进行字同步，并建立链路，帧解析和处理模块完成对FC帧的解析功能，将接收到的FC-AV帧中的视频数据提取出来，先缓存到DDR3中，再读取出来并形成行场同步信号等控制信号，输出到视频输出芯片上，从而显示到外接显示器上。
其中，所述数据缓存模块接收来自视频采集芯片采样的24bit视频数据，根据视频的时序标准，以一行为基准采出像素数据，并缓存到FIFO中；在下一个时钟到来时，FIFO1～FIFOn同时缓存FIFO中的上一时钟数据，在第n时钟到来时，将数据传递给帧封装模块。此模块完成视频复制及缓存功能，其中，n为视频数据的路数。
其中，所述帧封装模块封装视频数据时，按照FC-AV协议的容器系统格式进行，添加包含辅助信息的容器头和包含有效信息的对象数据。
其中，所述发送模块完成原语部分和数据帧部分的发送功能，其中原语部分包括原语序列和原语信号，原语序列用来完成链路建立相关的功能，原语信号用来完成流控的功能。
其中，所述字同步模块从GTX模块中接收16比特的并行的传输数据，然后检测“逗号”字符K28.5并以此为边界对字节进行重排，待经过同步状态机的跳转实现同步后，将有效的传输字送给链路建立模块；链路建立模块处理同步后的传输字，当链路建立后，链路两端的FC端口都处于激活状态，此时FC端口之间传送数据和控制信息。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，通过视频复制分发模块和FC接收模块，按照FC-AV协议实现对单路高清视频的复制分发及无损传输。
附图说明
图1基于FC-AV协议视频数据复制分发系统框图。
图2视频数据复制分发的处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的系统总体框图如图1所示，系统包括视频复制分发模块和FC接收模块；视频复制分发模块用于将多路视频数据封装到FC-AV帧中，并通过光纤发送出去；FC接收模块用于将FC-AV帧解析还原为视频并通过视频线缆传送至显控终端进行显示。
其中，多路视频数据的格式为DP、HDMI、DVI，或其他格式。
视频复制分发模块包括：视频采集芯片、数据缓存模块、帧封装模块和输出模块，视频数据从视频源通过视频输入通道传入视频复制分发模块后，首先经过视频采集芯片，将视频流转换为像素数据和同步控制信号以及相应的处理时钟，这些信号全部输入给FPGA，FPGA中的数据缓存模块对像素数据缓存实现复制为多路视频，并通过帧封装模块将其封装为FC-AV帧后发送到输出模块上进行输出。
输出模块将要输出的并行数据经过GTX的编码以及并串转换，将高速串行数据发送到光模块，转换为光信号发出。
输出模块包括：发送模块、字同步模块、链路建立模块及GTX模块；发送模块连接帧封装模块、GTX模块和链路建立模块，链路建立模块通过字同步模块连接GTX模块；GTX模块用于实现串并转换、8B/10B编解码功能；字同步模块用于完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块用于完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块用于实现对FC帧按时标发送的功能，同时发送模块还负责维护FC协议的流控机制；系统的顶层模块中例化了这些子模块并实现了流控的功能。
FC接收模块包括GTX模块、字同步模块、链路建立模块、帧解析和处理模块、视频输出芯片。其中，GTX模块、字同步模块和链路建立模块与视频复制分发模块共用。FC接收模块的FC-AV机制与视频复制分发模块相同。进入FC接收模块的光信号通过光收发模块进入FPGA，通过高速串并转换通道GTX，完成解码、串并转换，GTX输出的并行数据进入字同步模块和链路建立模块，进行字同步，并建立链路，帧解析和处理模块完成对FC帧的解析功能，将接收到的FC-AV帧中的视频数据提取出来，先缓存到DDR3中，再读取出来并形成行场同步信号等控制信号，输出到视频输出芯片上，从而显示到外接显示器上。
整个系统的FC-AV协议的具体实现应用到以下6个模块：
数据缓存模块接收来自视频采集芯片采样的24bit视频数据，根据视频的时序标准，以一行为基准采出像素数据，并缓存到FIFO中。在下一个时钟到来时，FIFO1～FIFO3同时缓存FIFO中的上一时钟数据，在第3个时钟到来时，将数据传递给帧封装模块。此模块完成视频复制及缓存功能。
帧封装模块是处理来自图像处理模块的视频有效数据封装在FC-AV帧中发送到FC链路中。封装时按照FC-AV协议的容器系统格式进行，添加包含辅助信息的容器头和包含有效信息的对象数据。
发送模块主要完成原语部分和数据帧部分的发送功能，其中原语部分包括原语序列和原语信号，原语序列主要用来完成链路建立相关的功能，而原语信号主要用来完成流控的功能。发送模块应用状态机来实现调度原语和数据发送到GTX上。
字同步模块从GTX模块中接收16比特的并行的传输数据，然后检测“逗号”字符K28.5并以此为边界对字节进行重排，待经过同步状态机的跳转实现同步后，将有效的传输字送给链路建立模块。
链路建立模块处理的是同步后的传输字，当链路建立后，链路两端的FC端口都处于激活状态，此时FC端口之间就可以传送数据和控制信息。链路建立过程主要是执行FC-FS-2中定义的端口状态转换表，由两个FC端口之间通过交互一系列的原语序列而使双方达到激活状态。
GTX模块负责完成比特同步、串并转换和8B/10B编解码等功能。在进行数据帧的发送之前，发送机必须先完成比特同步，在完成比特同步的基础上才能进行传输字同步进而建立链路进行后续的操作。
上述实施方式以3路复制视频做讲解，其他多路可照此方法效仿。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，包括视频复制分发模块和FC接收模块；视频复制分发模块用于将多路视频数据封装到FC-AV帧中，并通过光纤发送出去；FC接收模块用于将FC-AV帧解析还原为视频并通过视频线缆传送至显控终端进行显示。
2.如权利要求1所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述多路视频数据的格式为DP、HDMI、DVI，或其他格式。
3.如权利要求1所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述视频复制分发模块包括：视频采集芯片、数据缓存模块、帧封装模块和输出模块，视频数据从视频源通过视频输入通道传入视频复制分发模块后，首先经过视频采集芯片，将视频流转换为像素数据和同步控制信号以及相应的处理时钟，这些信号全部输入给FPGA，FPGA中的数据缓存模块对像素数据缓存实现复制为多路视频，并通过帧封装模块将其封装为FC-AV帧后发送到输出模块上进行输出。
4.如权利要求3所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述输出模块将要输出的并行数据经过GTX的编码以及并串转换，将高速串行数据发送到光模块，转换为光信号发出。
5.如权利要求4所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述输出模块包括：发送模块、字同步模块、链路建立模块及GTX模块；发送模块连接帧封装模块、GTX模块和链路建立模块，链路建立模块通过字同步模块连接GTX模块；GTX模块用于实现串并转换、8B/10B编解码功能；字同步模块用于完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块用于完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块用于实现对FC帧按时标发送的功能，同时发送模块还负责维护FC协议的流控机制。
6.如权利要求5所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述FC接收模块包括GTX模块、字同步模块、链路建立模块、帧解析和处理模块、视频输出芯片；其中，GTX模块、字同步模块和链路建立模块与视频复制分发模块共用；进入FC接收模块的光信号通过光收发模块进入FPGA，通过高速串并转换通道GTX，完成解码、串并转换，GTX输出的并行数据进入字同步模块和链路建立模块，进行字同步，并建立链路，帧解析和处理模块完成对FC帧的解析功能，将接收到的FC-AV帧中的视频数据提取出来，先缓存到DDR3中，再读取出来并形成行场同步信号等控制信号，输出到视频输出芯片上，从而显示到外接显示器上。
7.如权利要求6所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述数据缓存模块接收来自视频采集芯片采样的24bit视频数据，根据视频的时序标准，以一行为基准采出像素数据，并缓存到FIFO中；在下一个时钟到来时，FIFO1～FIFOn同时缓存FIFO中的上一时钟数据，在第n时钟到来时，将数据传递给帧封装模块。此模块完成视频复制及缓存功能，其中，n为视频数据的路数。
8.如权利要求7所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述帧封装模块封装视频数据时，按照FC-AV协议的容器系统格式进行，添加包含辅助信息的容器头和包含有效信息的对象数据。
9.如权利要求8所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述发送模块完成原语部分和数据帧部分的发送功能，其中原语部分包括原语序列和原语信号，原语序列用来完成链路建立相关的功能，原语信号用来完成流控的功能。
10.如权利要求9所述的基于FC-AV协议的视频数据复制分发设备，其特征在于，所述字同步模块从GTX模块中接收16比特的并行的传输数据，然后检测“逗号”字符K28.5并以此为边界对字节进行重排，待经过同步状态机的跳转实现同步后，将有效的传输字送给链路建立模块；链路建立模块处理同步后的传输字，当链路建立后，链路两端的FC端口都处于激活状态，此时FC端口之间传送数据和控制信息。
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