CN110519531A - 多路高清视频分布式处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路高清视频分布式处理设备，它包括视频源选择切换模块、分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备，即显示屏或投影仪等，所述视频源选择切换模块与分布式转发显示电路PCIE接口连接，分布式转发显示电路与各终端接收显示电路光纤连接，分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备均为有线连接，其中，视频源选择切换模块包括用户交互接口与PCIE接口驱动模块，分布式转发显示电路包括电源模块、视频接收与编码转发模块、视频速率平衡模块、视频输出模块，各终端接收显示电路包括电源模块、视频接收解码模块、视频数据重组模块、视频输出模块。本发明能够对多路高清视频进行远距离高速传输与分布式实时处理及显示。
Description
技术领域
本发明涉及视频传输、视频处理以及视频显示领域，具体涉及上位机交互接口开发、上位机PCIE驱动开发、SFP/SFP+光口传输数据编码、视频数据分割重组以及视频数据时序再生等部分，可将高带宽视频数据高速传输至远程设备，并同时实现本地与远程的高清视频处理设备的视频数据实时处理与同步多屏拼接显示的功能。
背景技术
目前人们对于高清视频的需求日益普遍，极致的视觉体验带来的是技术上的革新，高清视频数据带宽在HD视频的基础上不断增长，以单路4Kx2K分辨率，30Hz刷新率超高清视频而言为例，单帧无压缩视频数据量约为3840x2160x24≈189.84Mbits，每秒需完成缓存的数据量约为189.84x30≈5.56Gbits，如何传输及实时处理大量的高清视频数据成为当前的一大技术需求。
随着视频技术的不断革新，为了解决超高分辨率，例如2K、4K、8K、16K甚至更高分辨率的视频传输处理需求，需要硬件上能支持高清视频输入输出，高速大容量数据实时处理，软件层面上具备多种算法处理能力，各种数据通信交互，且系统要能支持扩展，以便使系统的处理能力能够成倍提高。
实现高清视频远距离高速传输与实时处理，能够很好地与用户监控系统、报警系统、视频会议系统、指挥调度系统、信息发布系统、工业生产控制系统、中控系统等连结集成，形成一套功能完善、技术先进、操作方便的交互式图形信息处理及管理平台，同时，为未来8K视频的应用与发展奠定一定的基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对高带宽的多路高清视频的分布式高速传输与实时处理显示设备。实现高清视频流通过PCIE接口以及SFP光传输接口在上位机与分布式视频处理平台之间的高速传输与实时处理及显示。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种多路高清视频分布式处理设备，特点是该设备包括：
视频源选择切换模块、分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备，所述视频源选择切换模块与分布式转发显示电路PCIE接口连接，分布式转发显示电路与各终端接收显示电路光纤连接，分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备均为有线连接；其中：
1）视频源选择切换模块，包括：
用户交互接口，通过任意上位机开发工具设计人机交互界面，实现用户通过不同按键选择不同视频文件发送给PCIE接口驱动模块的功能。
PCIE接口驱动模块，通过上位机开发PCIE驱动，实现接收到来自用户交互接口的文件参数后，根据用户指令与后级电路通过PCIE接口实现数据通信。
2）分布式转发显示电路包括：
电源模块，分别连接视频接收与编码转发模块、视频速率平衡模块、视频输出模块，为视频接收与编码转发模块、视频速率平衡模块、视频输出模块提供所需电压。
视频接收与编码转发模块，与视频源选择切换模块的PCIE接口驱动模块相连，通过PCIE接口从视频源选择切换模块获取高清视频流数据，经过数据编码通过光纤转发至下一节点电路，即某一分布式转发显示电路或某一终端接收显示电路。
视频速率平衡模块，与视频接收与编码转发模块相连，通过管理视频数据的缓存过程，控制视频源数据传输中断过程，进而平衡视频输入与输出的速率。
视频输出模块，与视频速率平衡模块相连，通过模式选择实现针对高清视频数据的时序再生，将满足时序要求的视频流送至多路HDMI输出接口驱动多块显示屏或多路投影仪进行高清视频的完整拼接显示。
3）各终端接收显示电路包括：
电源模块，分别连接视频接收解码模块、视频数据重组模块、视频输出模块，为视频接收解码模块、视频数据重组模块、视频输出模块提供所需电压。
视频接收解码模块，与上一节点的分布式转发显示电路相连，将接收到的经过编码的视频数据流解码后送至视频数据重组模块。
视频数据重组模块，与视频接收解码模块相连，通过管理视频数据的缓存过程，实现视频数据的重组，送至视频输出模块进行远程实时显示。
视频输出模块，与视频数据重组模块相连，将重组后的高清视频数据进行时序再生，同样送至多路HDMI输出接口驱动多块显示屏或多路投影仪进行高清视频的远程拼接显示。
所述多路高清视频分布式处理设备特征如下：
所述视频源选择切换模块的PCIE接口驱动模块，在实现上位机与后级电路进行用户指定的视频数据交付的同时，也可以实现后级电路与上位机之间的指令通信，完成后级电路对视频源选择切换模块的中断控制。设备可通过PCIE接口从上位机获取高清视频流数据，支持最高32Gbps带宽的视频输入，PCIE接口的高速串行特性，在面向大量视频数据吞吐时发挥着巨大的优势。
所述分布式转发显示电路之间可以通过光纤进行分布式级联，也可直接通过光纤连接至各终端接收显示电路，实现设备规模的可调节。设备通过SFP/SFP+光口，实现高清视频流的接收与转发，支持最高20Gbps带宽的视频传输。
所述分布式转发显示电路与各终端接收显示电路均具有通过多路HDMI输出接口驱动多路显示设备进行输出显示的功能，使得分布式处理设备的每一分布式节点均具有独立显示的功能，实现高清视频的本地与远程实时拼接显示。
本发明基于完全自主的系统设计，系统完备，跨平台对接视频数据，实现高带宽视频流的分布式高速传输与实时处理。本发明设备任一节点电路同时设计有1路PCIE接口、2路SFP/SFP+光传输接口以及4路HDMI输出接口，最多能同时传输处理10路以上的1080p高清视频流。任一节点设计有高达4GB容量的高速图像缓存，以支持多路高清视频流的缓存与算法处理。设备适合数据中心、远程医疗、军事公安管理等一些需要远程传输高带宽视频数据，并实时处理与显示的场景。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明视频源选择切换模块结构框图；
图3为本发明分布式转发显示电路结构框图；
图4为本发明终端接收显示电路结构框图；
图5为本发明工作流程框图。
具体实施方式
实施例
参阅图1，本发明包括视频源选择切换模块11、分布式转发显示电路12、终端接收显示电路13与显示设备14，所述视频源选择切换模块11与分布式转发显示电路12PCIE接口连接，分布式转发显示电路12与终端接收显示电路13光纤连接，分布式转发显示电路12、终端接收显示电路13与显示设备14有线连接；视频源选择切换模块11通过用户交互接口，接受来自用户指定的视频源参数，并传递给驱动模块；分布式转发显示电路12接收到这一来自视频源选择切换模块11的高清视频流之后，通过数据缓存进行速率平衡后，经过数据编码经由SFP/SFP+光口高速转发至下一节点电路，同时经过视频时序再生，驱动多路HDMI输出接口进行多屏拼接显示；终端接收显示电路13接收到来自上一级转发显示电路的高清视频流之后，经过数据缓存与重组，同样送至时序再生模块，最终驱动多路HDMI输出接口进行终端的多屏拼接显示。
参阅图2，本发明视频源选择切换模块11包括PCIE接口驱动模块21与用户交互接口22，通过上位机开发的驱动模块21，完成了初始化底层设备接口、内存申请、中断和寄存器管理、DMA处理、读取内存以及文件操作等功能；用户交互接口22负责接收用户指定视频源的指令，并将参数传递至PCIE接口驱动模块21，最终实现指定视频文件的读取与发送。
参阅图3，本发明分布式转发显示电路12包括电源模块31、视频接收与编码转发模块32、视频速率平衡模块33及视频输出模块34。视频接收与编码转发模块32与视频源选择切换模块11、下一节点电路即分布式转发显示电路12或终端接收显示电路13相连，同时与视频速率平衡模块33相连，视频接收与编码转发模块32在接收视频的同时进行了高速转发；视频速率平衡模块33一端与视频接收与编码转发模块32相连，一端与视频输出模块34相连，通过控制上位机视频发送的速率，平衡整个电路视频流的输入与输出，最终发送稳定的视频流进入视频输出模块34；视频输出模块34对速率稳定的视频流进行时序再生后，送至多路HDMI输出接口进行拼屏显示。
电源模块31将外部输入的电压转换为所需电压后提供给视频接收与编码转发模块32、视频速率平衡模块33以及视频输出模块34。
参阅图4，本发明终端接收显示电路13包括电源模块41、视频接收解码模块42、视频数据重组模块43、视频输出模块44。视频接收解码模块42，一端与上一节点转发电路输出接口相连，一端与视频数据重组模块43相连，通过对接收到的经过数据编码的视频流数据进行解码，送至视频数据重组模块43进行视频数据的缓存与重组；视频数据重组模块43一端与视频接收解码模块42相连，一端与视频输出模块44相连，通过管理视频数据高速缓存的过程，实现视频数据的重组，产生一个稳定的视频流进入视频输出模块44；视频输出模块44对速率稳定的视频流进行时序再生后，送至多路HDMI输出接口进行拼屏显示。
电源模块41将外部输入的电压转换为所需电压后提供给视频接收解码模块42、视频数据重组模块43以及视频输出模块44。
参阅图5，以本发明最小规模系统为例，即由视频源选择切换模块11、单一节点分布式转发显示电路12、终端接收显示电路13及分别连接在单一节点分布式转发显示电路12与终端接收显示电路13的两处显示设备14构成最小规模设备系统，工作流程如下：
首先上电后，分布式转发显示电路12的电源模块31将外部输入的电压转换为所需电压后提供给视频接收与编码转发模块32、视频速率平衡模块33以及视频输出模块34，以保障整个分布式转发显示电路12的正常工作；终端接收显示电路13的电源模块41将外部输入的电压转换为所需电压后提供给视频接收解码模块42、视频数据重组模块43以及视频输出模块44，以保障整个终端接收显示电路13的正常工作。
其次，用户通过视频源选择切换模块11的用户交互接口22输入对视频源的选择指令，进而通过参数传递控制PCIE接口驱动模块21，实现上位机指定视频文件的读取与发送。
紧接着，分布式转发显示电路12的视频接收与编码转发模块32，包括了PCIE高速接口视频数据解析模块、视频数据缓存模块及SFP/SFP+光口视频数据编码发送模块，当视频接收与编码转发模块32的PCIE高速接口视频数据解析模块接收到来自PCIE接口驱动模块21传输的高清视频流数据后，经过视频数据缓存模块进行速率平衡后，经由SFP/SFP+光口视频数据编码发送模块送至光传输接口进行高速转发；与此同时，分布式转发显示电路12的视频速率平衡模块33，包括了DDR3读写控制模块、DDR3中断控制模块及DDR3芯片组，当视频速率平衡模块33的DDR3读写控制模块将PCIE高速接口视频数据解析模块解析得到的视频数据写入DDR3芯片组的同时，DDR3中断控制模块根据视频数据的读写情况产生中断信号，并发送至PCIE接口驱动模块21实现对上位机视频发送速率的控制，另外，DDR3读写控制模块通过从DDR3芯片组中读取视频数据，发送至分布式转发显示电路12的视频输出模块34；视频输出模块34，包括视频时序再生模块及ADV7511视频处理芯片组，当视频输出模块34的视频时序再生模块对从DDR3芯片组中读取的视频数据进行时序再生处理后，将视频数据送至ADV7511视频处理芯片组，经信号转换后最终输出至显示设备14进行输出显示。
最后，终端接收显示电路13的视频接收解码模块42，针对接收到的SFP/SFP+光口视频数据进行解码，送至视频数据重组模块43；视频数据重组模块43，包括DDR3数据编排读写模块及DDR3芯片组， DDR3数据编排读写模块在将解码后的光口视频数据写入DDR3芯片组的过程中完成视频数据重组，最终从DDR3芯片组中读出重组后的视频数据，送至视频输出模块44；视频输出模块44，包括视频时序再生模块及ADV7511视频处理芯片组，当视频输出模块44的视频时序再生模块对从DDR3芯片组中读取的重组视频数据进行时序再生处理后，将视频数据送至ADV7511视频处理芯片组，经信号转换后最终输出至显示设备14进行远程同步输出显示。
Claims (3)
1.一种多路高清视频分布式处理设备，其特征在于，该设备包括：
视频源选择切换模块、分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备，所述视频源选择切换模块与分布式转发显示电路PCIE接口连接，分布式转发显示电路与各终端接收显示电路光纤连接，分布式转发显示电路、各终端接收显示电路与显示设备均为有线连接；其中：
视频源选择切换模块，包括：
用户交互接口，通过任意上位机开发工具设计人机交互界面，使用户通过按键选择视频文件发送给PCIE接口驱动模块；
PCIE接口驱动模块，通过上位机开发PCIE驱动，实现接收到来自用户交互接口的文件参数后，根据用户指令与后级电路通过PCIE接口实现数据通信；
分布式转发显示电路，包括：
电源模块，分别连接视频接收与编码转发模块、视频速率平衡模块及视频输出模块，为视频接收与编码转发模块、视频速率平衡模块及视频输出模块提供所需电压；
视频接收与编码转发模块，与视频源选择切换模块的PCIE接口驱动模块相连，通过PCIE接口从视频源选择切换模块获取高清视频流数据，经过数据编码通过光纤转发至下一节点电路，即某一分布式转发显示电路或某一终端接收显示电路；
视频速率平衡模块，与视频接收与编码转发模块相连，通过管理视频数据的缓存过程，控制视频源数据传输中断过程，进而平衡视频输入与输出的速率；
视频输出模块，与视频速率平衡模块相连，通过模式选择实现针对高清视频数据的时序再生，将满足时序要求的视频流送至多路HDMI输出接口驱动多块显示屏或多路投影仪进行高清视频的完整拼接显示；
各终端接收显示电路，包括：
电源模块，分别连接视频接收解码模块、视频数据重组模块及视频输出模块，为视频接收解码模块、视频数据重组模块及视频输出模块提供所需电压；
视频接收解码模块，与上一节点的分布式转发显示电路相连，将接收到的经过编码的视频数据流解码后送至视频数据重组模块；
视频数据重组模块，与视频接收解码模块相连，通过管理视频数据的缓存过程，实现视频数据的重组，送至视频输出模块进行远程实时显示；
视频输出模块，与视频数据重组模块相连，将重组后的高清视频数据进行时序再生，同样送至多路HDMI输出接口驱动多块显示屏或多路投影仪进行高清视频的远程拼接显示。
2.根据权利要求1所述的多路高清视频分布式处理设备，其特征在于，所述视频源选择切换模块的PCIE接口驱动模块，在实现上位机与分布式转发显示电路进行用户指定的视频数据交付的同时，实现分布式转发显示电路与上位机之间的指令通信，完成分布式转发显示电路对视频源选择切换模块的中断控制。
3.根据权利要求1所述的多路高清视频分布式处理设备，其特征在于，所述分布式转发显示电路之间通过光纤进行分布式级联，或直接通过光纤连接至各终端接收显示电路。
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