CN112040195A - 一种数字化集中控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化集中控制设备及方法，包括：主板背板、视频采集编码板、编码芯片、中继模块及输入接口模块；所述中继模块与所述视频采集编码板相电性连接，所述输入接口模块用于采集第一视频信号，并将所述第一视频信号通过所述中继模块传输至所述第一视频编码版；所述视频采集编码板用于接收所述第一视频信号；并通过所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流，并将所述编码码流通过PCIE总线传输至所述主板背板；采用本发明的一种数字化集中控制设备及方法，能够针对现有市场产品及方案的技术缺陷，实现原始视频的实时传输切换传输调度，以及视频编码数据的本地存储、远程传输等功能。

Description

一种数字化集中控制设备及方法

技术领域

本发明涉及医用设备领域，尤其涉及一种数字化集中控制设备及方法。

背景技术

目前，在现代化医用手术室音视频综合管理设备应用需求中，因为医疗影像的特殊性，在本地需要高质量非压缩的原始视频进行预览，而在远程示教或者远程问诊的应用当中，需要使用高质量的图像压缩算法进行远程图传。

而在目前的市场医用音视频综合管理硬件设备中，往往都没有能两者兼顾的单台设备产品，如传统矩阵可支持原始无损画像的传输切换但不支持同时在相同数据物理通道内传输压缩数据，而网络视频编解码设备可支持编码后的视频传输但无法同时支持无损视频预览。而多设备的堆叠组成系统，需要更大的尺寸空间来堆放设备，且噪音可能过大，手术室当中对设备尺寸及噪音极为敏感。

针对现有技术中所存在的问题，提供一种数字化集中控制设备及方法具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种数字化集中控制设备及方法。

为实现上述目的，本发明的一种数字化集中控制设备，包括主板背板、视频采集编码板、编码芯片、中继模块及输入接口模块；所述中继模块与所述视频采集编码板相电性连接，所述输入接口模块与所述中继模块相电性连接，所述输入接口模块用于采集第一视频信号，并将所述第一视频信号通过所述中继模块传输至所述第一视频编码版；所述视频采集编码板与所述主板背板相电性连接，所述编码芯片设置在所述视频采集编码板上，所述视频采集编码板用于接收所述第一视频信号；并通过所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流，并将所述编码码流通过PCIE总线传输至所述主板背板；

进一步地，还包括视频解码显示板、差分交换芯片、解码芯片、输出接口模块和信号转换芯片；所述视频解码显示板与所述主板背板相电性连接，所述差分交换芯片设置在所述主板背板上，所述解码芯片及所述信号转换芯片设置在所述视频解码显示板上；所述主板背板还能够接收所述编码码流并通过所述差分交换芯片将所述编码码流传输至所述视频解码显示板；所述视频解码显示板还能够用于接收所述编码码流，并将所述编码码流传输至所述解码芯片；所述解码芯片用于对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至所述信号转换芯片；所述信号转换芯片用于对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号，并将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板；所述视频解码显示板还能够用于将所述第二视频信号输出至所述输出接口模块；

进一步地，还包括高速串行收发器，所述高速串行收发器设置在所述视频采集编码板及所述视频解码显示板上；

本发明还提供了一种数字化集中控制方法，所述方法具体包括以下步骤：采集第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至视频采集编码板；所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流；将所述编码码流传输至主板背板；

进一步地，在将所述编码码流传输至主板背板之后，还包括以下步骤：所述主板背板将所述编码码流传输至视频解码显示板；所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号；所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号；所述视频解码显示板输出所述第二视频信号；

进一步地，所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流具体为：所述视频采集编码板将所述第一视频信号传输至编码芯片；所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流；

进一步地，所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号具体为：所述视频解码显示板将所述编码码流传输至解码芯片；所述解码芯片对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至信号转换芯片；

进一步地，所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号具体为：所述信号转换芯片对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号；所述信号转换芯片将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板。

本发明的一种数字化集中控制设备及方法，针对现有市场产品及方案的技术缺陷，解决设计了高集成化的音视频综合管理平台中所需的双总线技术，在同一设备内采用PCI-Express Gen 2.0，即PCIE总线和Cross-point差分总线的双总线视频处理架构，能够实现原始图像码流直接通过高速图像通道切换开关传送到差分总线，原始图像在任意的接收端口和发送端口间的灵活切换；与差分总线同时运行的PCIE总线，将各个视频编解码芯片发出的实时编码压缩码流汇总并发送给中央处理器进行对外网传；从设备外接网口接收到的压缩码流，由中央处理器实时分发给各个视频编解码芯片；利用PCIE总线的高带宽低延时特性，中央处理器实时控制和监控各个图像处理单元及视频编解码芯片的运行，实现原始视频的实时传输切换传输调度，以及视频编码数据的本地存储、远程传输等功能。

附图说明

图1为本发明所述数字化集中控制设备的第一结构示意图；

图2为本发明所述数字化集中控制方法的流程示意图；

图3为本发明所述实施例一的第一结构示意图；

图4为本发明所述实施例一的第二结构示意图；

图5为本发明所述实施例一的第三结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，图1为本发明所述一种数字化集中控制设备的第一结构示意图，包括：主板背板2、视频采集编码板1、编码芯片5、中继模块3、输入接口模块4、视频解码显示板6、差分交换芯片21、解码芯片7、输出接口模块9和信号转换芯片8；所述中继模块3与所述视频采集编码板1相电性连接，所述输入接口模块4与所述中继模块3相电性连接，所述输入接口模块用于采集第一视频信号，并将所述第一视频信号通过所述中继模块3传输至所述视频采集编码板1；所述视频采集编码板1与所述主板背板2相电性连接，所述编码芯片5设置在所述视频采集编码板1上，所述视频采集编码板1用于接收所述第一视频信号；并通过所述编码芯片5对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流，并将所述编码码流通过PCIE总线传输至所述主板背板2；在本发明优选的实施例中，所述数字化集中控制设备上分别设置有若干块所述视频采集编码板及所述视频解码显示板；所述中继模块能够接收若干块所述视频采集编码板连接的输入接口模块所采集的视频信号并将所述视频信号传输至对应的所述视频采集编码板上。本数字化集中控制设备支持若干路PCI-Express Gen 2.0Lane x1刀板扩展，即为所述视频采集编码板及所述视频解码显示板的刀板扩展；PCI Express 2.0是PCI Express总线家族中的第二代版本，单通道差分数据线可提供5GT/s的最大数据率双向传输速率，所以在系统中可用于视频输入采集卡的原始预览视频采集传输至上位及实时预览显示，以及H.264或H.265的本地编码视频上传至上位机进行本地存储或者网传，COMe模块侧为PCIe RC设备。而差分交换芯片，即Cross-point物理交换芯片是一种低功耗/高速34x34交叉点开关输入均衡和内置的系统芯片提供了数据通信/广播视频应用设计提供了高速视频的切换能力，该器件的典型功耗低至3.5瓦，所有通道操作可动态进行开关设置，以进一步降低功耗。同时具备智能电源切换功能，对未使用的芯片部分核心可以自动关闭，而不会影响的剩余信道的操作，在本专利产品中提供了24路高清视频输入与24路高清视频输出之间的实时切换功能。在本发明另一种优选的实施例中，所述视频采集编码板能够实现原始图像码流直接通过高速图像通道切换开关传送到所述差分交换芯片，原始图像在任意的接收端口和发送端口间的灵活切换；并与所述差分交换芯片同时运行的PCIE总线，将各个视频编解码芯片发出的实时编码压缩码流汇总并发送给中央处理器进行对外网传。

所述视频解码显示板6与所述主板背板2相电性连接，所述差分交换芯片21设置在所述主板背板2上，所述解码芯片7及所述信号转换芯片8设置在所述视频解码显示板6上；所述主板背板2还能够接收所述编码码流并通过所述差分交换芯片21将所述编码码流传输至所述视频解码显示板6；

所述视频解码显示板6还能够用于接收所述编码码流，并将所述编码码流传输至所述解码芯片7；所述解码芯片7用于对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至所述信号转换芯片8；所述信号转换芯片8用于对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号，并将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板6；所述视频解码显示板6还能够用于将所述第二视频信号输出至所述输出接口模块9。

在本发明优选的实施例中，所述视频采集编码板及所述视频解码显示板均采用嵌入式芯片+FPGA的构架，能处理4路视频1080P60的编码，支持DVI、3G-SDI、YPbBr、CVBS、光纤等多种视频采集接口，可将采集到的画像经背板连接总线输出到视频切换芯片，通过海思芯片的HDMI输出接口通道为多路视频的本地预览提供帮助；所述输入接口模块为I/O接口子板，能够实现多种视频信号接口适配，包括DVI、3G-SDI、YPbBr、CVBS及光纤等；所述第一视频信号能够为DVI信号、3G-SDI信号、YPbBr信号、CVBS信号及光纤信号等。在本发明另一种优选的实施例中，所述主板背板具体为核心处理板，能够用于完成跨接设备的双总线，即CPCI总线和CrossPoint差分信号总线的双总线的同时执行视频信号路由处理和编解码。

在本发明优选的实施例中，本发明所述的数字化集中控制设备还包括高速串行收发器，所述高速串行收发器设置在所述视频采集编码板及所述视频解码显示板上；同时使用所述视频采集编码板及所述视频解码显示板当中的高速串行收发器GTP，内部集成了能实现高速数据收发Rocket I/O模块，采用了CML(Current Mode Logic)、CDR、线路编码(8B/10B)和预加重等技术的Rocket I/O硬核模块，可极大地减小时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能的影响，从而使传输速率进一步提高，最高可达10Gbps以上，可用于实现吉比特以太网、PCI-Express等常用接口。FPGA的GTP接口对接Cross-point芯片，实现无损未压缩视频的实时动态发送及接收，从而实现系统中24路输入视频及24路输出视频之间的可动态切换显示。

如图2所示，图2为本发明所述数字化集中控制方法的流程示意图；本发明所述的数字化集中控制方法，具体包括以下步骤：

S1采集第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至视频采集编码板；

S2所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流；在本发明优选的实施例中，所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流具体为：

S21所述视频采集编码板将所述第一视频信号传输至编码芯片；

S22所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流。

S3将所述编码码流传输至主板背板；

S4所述主板背板将所述编码码流传输至视频解码显示板；

S5所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号；在本发明优选的实施例中，所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号具体为：

S51所述视频解码显示板将所述编码码流传输至解码芯片；

S52所述解码芯片对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至信号转换芯片；

S6所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号；在本发明优选的实施例中，所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号具体为：

S61所述信号转换芯片对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号，

S62所述信号转换芯片将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板；

S7所述视频解码显示板输出所述第二视频信号。

在本发明的实施例一中，所述一种数字化集中控制设备包括主板背板、视频采集编码板、编码芯片、中继模块、输入接口模块、视频解码显示板、差分交换芯片、解码芯片、输出接口模块和信号转换芯片；所述编码芯片及所述解码芯片均为海思芯片；所述输入接口模块为I/O接口子板，与内窥镜相连接；所述输出接口模块与显示器相连接；所述内窥镜的输入信号为SDI输入信号；使用者需要将内窥镜输入的信号通过所述数字化集中控制设备转换为显示器可以接受的SDI信号并输出至显示器上；从而可以实现显示器上显示内窥镜所捕捉到的画面；所述一种数字化集中控制方法具体包括以下步骤：

使用者将所述内窥镜与所述输入接口模块相连接，当所述内窥镜启动时，所述内窥镜会将内窥镜捕捉到的SDI信号通过所述输入接口模块传输至所述中继模块；

所述中继模块进一步将所述SDI信号传输至所述视频采集编码板；

如图3所示，图3为本发明所述实施例一的第一结构示意图；此时，所述视频采集编码板将所述SDI信号传输至编码芯片通过设置在所述视频采集编码板上的BT1120接口将所述SDI信号传输至编码海思芯片，所述编码海思芯片将所述SDI信号进行编码后生成编码码流，并通过GMII接口将所述编码码流传输至所述视频采集编码板，所述视频采集编码板随后再将所述编码码流通过PCIe总线传输至设置在所述主板背板上的差分交换芯片；所述差分交换芯片具体为Com-E模块；所述信号转换芯片具体为AD信号转换芯片；

如图4及图5所示，图4为本发明所述实施例一的第二结构示意图；图5为本发明所述实施例一的第三结构示意图；所述主板背板的所述差分交换芯片Com-E模块将所述编码码流传输至所述视频解码显示板，所述视频解码显示板将所述编码码流传输至设置在所述视频解码显示板上解码海思芯片，所述解码海思芯片对所述编码码流进行解码后生成SDI信号，并将所述SDI信号通过HDMI接口传输至AD信号转换芯片；

所述AD信号转换芯片将所述SDI信号转换为YCbCr信号再传输至所述视频解码显示板；所述视频解码显示板再将所述YCbCr信号通过输出接口模块通过SDI接口传输至所述显示器上，从而实现显示器的SDI接口实现图像回显。所述YCbCr信号具体为在计算机系统中应用最多的成员，其应用领域广泛，JPEG、MPEG均采用此格式。所述YCbCr信号中的Y具体为亮度分量，Cb具体为蓝色色度分量，Cr具体为红色色度分量，人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化。

在本发明的实施例二中，所述一种数字化集中控制设备包括主板背板、8块视频采集编码板、每一块视频采集编码板上均设置有独立的编码芯片、中继模块及输入接口模块；1块视频解码显示板，所述视频解码显示板上设置有解码芯片、输出接口模块和信号转换芯片；所述主板背板上设置有差分交换芯片；所述编码芯片及所述解码芯片均为海思芯片；所述输入接口模块上设置有包括DVI、3G-SDI、YPbBr、CVBS、光纤等信号在内的多种视频信号接口适配；所述输出接口模块上同样设置有包括DVI、3G-SDI、YPbBr、CVBS、光纤等信号在内的多种视频信号接口适配；、每一块视频采集编码板均可以接收一个或多个独立的信号；并将所述信号传输至所述中继模块；所述中继模块用于接收不同的信号，并将所述不同的信号源分配给对应的视频采集编码板；

综上所述，本发明所述的一种数字化集中控制设备及方法集成度高、占空间小，可放置在手术室吊臂上，所有线缆也都是隐藏在吊臂中，能保证手术室的整体性和美观性。具体从硬件接口板卡来看，可以依据用户使用场景及环境的不同，自由的选择DVI、3G-SDI、YPbBr、CVBS、光纤等不同的输入输出接口板卡，做到灵活配置，按需配置。从结构层面来看，机箱的设计支持从后面拔插更换接口刀板，无需拆下机箱盖，操作便捷；由于I/O接线都是通过后面板卡，前面背板上没有任何连线，维修时间将会从小时级缩减为分钟级，有利于缩短平均维修时间。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数字化集中控制设备，其特征在于，包括：主板背板、视频采集编码板、编码芯片、中继模块及输入接口模块；

所述中继模块与所述视频采集编码板相电性连接，所述输入接口模块与所述中继模块相电性连接，所述输入接口模块用于采集第一视频信号，并将所述第一视频信号通过所述中继模块传输至所述第一视频编码版；

所述视频采集编码板与所述主板背板相电性连接，所述编码芯片设置在所述视频采集编码板上，所述视频采集编码板用于接收所述第一视频信号；并通过所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流，并将所述编码码流通过PCIE总线传输至所述主板背板。

2.如权利要求1所述的一种数字化集中控制设备，其特征在于，还包括视频解码显示板、差分交换芯片、解码芯片、输出接口模块和信号转换芯片；

所述视频解码显示板与所述主板背板相电性连接，所述差分交换芯片设置在所述主板背板上，所述解码芯片及所述信号转换芯片设置在所述视频解码显示板上；所述主板背板还能够接收所述编码码流并通过所述差分交换芯片将所述编码码流传输至所述视频解码显示板；

所述视频解码显示板还能够用于接收所述编码码流，并将所述编码码流传输至所述解码芯片；所述解码芯片用于对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至所述信号转换芯片；所述信号转换芯片用于对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号，并将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板；

所述视频解码显示板还能够用于将所述第二视频信号输出至所述输出接口模块。

3.如权利要求2所述的一种数字化集中控制设备，其特征在于，还包括高速串行收发器，所述高速串行收发器设置在所述视频采集编码板及所述视频解码显示板上。

4.一种数字化集中控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

采集第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至视频采集编码板；

所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流；

将所述编码码流传输至主板背板。

5.如权利要求4所述的一种数字化集中控制方法，其特征在于，在将所述编码码流传输至主板背板之后，还包括以下步骤：

所述主板背板将所述编码码流传输至视频解码显示板；

所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号；

所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号；

所述视频解码显示板输出所述第二视频信号。

6.如权利要求4所述的一种数字化集中控制方法，其特征在于，所述视频采集编码板对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流具体为：

所述视频采集编码板将所述第一视频信号传输至编码芯片；

所述编码芯片对所述第一视频信号进行编码，生成编码码流。

7.如权利要求5所述的一种数字化集中控制方法，其特征在于，所述视频解码显示板对所述编码码流进行解码，生成第一视频信号具体为：

所述视频解码显示板将所述编码码流传输至解码芯片；

所述解码芯片对所述解码码流进行解码，生成第一视频信号，并将所述第一视频信号传输至信号转换芯片。

8.如权利要求7所述的一种数字化集中控制方法，其特征在于，所述视频解码显示板对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号具体为：

所述信号转换芯片对所述第一视频信号进行信号转换，生成第二视频信号；

所述信号转换芯片将所述第二视频信号传输至所述视频解码显示板。

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