CN113473060A - 一种4k超高清无压缩ip信号处理器及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种4K超高清无压缩IP信号处理器及处理方法，涉及信号处理技术领域，包括：信号数据处理模块，信号数据处理模块依次连接数据缓存处理模块、IP封装/解解封装模块，IP封装/解封装模块连接外部IP数据信号输入输出接口；信号数据缓存模块还连接帧同步模块，帧同步模块连接PTP时钟信号处理模块，PTP时钟信号处理模块连接IP封装/解封装模块；Web控制模块连接外部控制信号输入接口，接收上位机管理对处理器进行控制。本发明摒弃CPU+GPU处理方式，采用嵌入式硬件芯片FPGA+ARM方式，使处理器转换效率高，安全性高，满足实时传输变换的直播传输场景的需求。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，涉及一种4K超高清无压缩IP信号处理器及处理方法。
背景技术
目前市场4K IP信号处理器多数基于PC服务器硬件平台，通过配置的网络接口卡接入IP流，然后利用CPU+GPU技术进行软件运输处理。
这种基于PC服务器架构的信号处理器，安全性能差，整体开机时间长、维护复杂的技术问题，虽适用于后期节目制作，但是不利于信号实时传输变换处理的应用场合
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种4K超高清无压缩IP信号处理器及处理方法，处理器采用嵌入式硬件芯片FPGA+ARM方式，转换效率高，整机体积小，耗能小，适合高密度信号处理场合，且设备安全性高，满足实时传输变换的直播传输场景的需求。
为实现上述目的，本发明提供了一种4K超高清无压缩IP信号处理器，包括：信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块和Web控制模块；
所述信号数据处理模块依次连接所述数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块，所述IP封装/解封装模块连接外部IP数据信号输入输出接口，接收待处理的数据信号并将输出处理后的数据信号；
所述信号数据缓存模块还连接所述帧同步模块、所述帧同步模块连接所述PTP时钟信号处理模块，所述PTP时钟信号处理模块连接IP封装/解封装模块；
所述Web控制模块连接外部控制信号输入接口，接受上位机管理对处理器进行控制。
作为本发明的进一步改进，信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块均集成在FPGA上；所述Web控制模块设于ARM处理芯片上。
作为本发明的进一步改进，所述帧同步模块还连接外部BB信号，作为音视频信号的同步源。
作为本发明的进一步改进，所述IP封装/解封装模块连接有两组外部IP数据信号输入输出接口，所述IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使所述IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
作为本发明的进一步改进，所述Web控制模块与所述上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
本发明还提供了一种4K超高清无压缩IP信号的处理方法，其特征在于，包括：
在所述IP数据信号输入输出接口输入无压缩IP信号；
所述Web控制模块接收上位机的访问控制信息对处理器进行处理控制；
所述IP封装/解封装模块将所述无压缩IP信号解封装为SDI视音频信号输入所述数据缓存处理模块；
所述数据缓存处理模块缓存所述SDI视音频信号；
所述信号数据处理模块读取所述数据缓存处理模块中的SDI视频信号，进行信号分辨率、动态范围及色域转换处理后送回所述数据缓存处理模块；
所述数据缓存处理模块输出处理后的SDI视音频信号，经所述IP封装/解封装模块输出至外部的所述IP数据信号输入输出接口。
作为本发明的进一步改进，
所述PTP时钟信号处理模块在所述IP封装/解封装模块输入的无压缩IP信号中提取PTP时钟信号，优化后送入帧同步模块作为同步基准信号；
所述数据缓存处理模块获取帧同步模块的所述同步基准信号作为同步源，对缓存的所述SDI视音频信号进行同步校正后再输出。
作为本发明的进一步改进，所述帧同步模块还连接外部BB信号，作为SDI音视频信号的同步源。
作为本发明的进一步改进，所述IP封装/解封装模块连接有两组外部IP数据信号输入输出接口，所述IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使所述IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
作为本发明的进一步改进，所述Web控制模块与所述上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明摒弃CPU+GPU处理方式，采用嵌入式硬件芯片FPGA+ARM方式，专有的信号处理芯片，转换效率高，整机体积小，耗能小，适合高密度信号处理场合；设备安全性高，不宜受一般网络病毒干扰；开机快，操作维护简单，更实现直播传输场景信号转换需求。
本发明采用内置的IP媒体流封装解封装处理模块，可直接接收SMPTE ST2110无压缩4K超高清IP流，采用FPGA作为嵌入式超高清视音频信号处理器实现高带宽、高速超高清视音频信号实时缓存、数据采样处理以及分辨率转换。
本发明内嵌PTP时钟同步处理机制，支持主备路PTP信号主备自动切换以及优先校时母钟自动选择算法，确保音视频信号的高度同步。
本发明采用嵌入式ARM处理芯片，通过NMOS IS04/05协议栈实现设备向上位机自动注册发现和接收管理。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的4K超高清无压缩IP信号处理器示意图；
图2为本发明一种实施例公开的4K超高清无压缩IP信号处理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供的一种4K超高清无压缩IP信号处理器，包括：信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块和Web控制模块；
其中，
信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块均集成在FPGA上；Web控制模块设于ARM处理芯片上。
本发明中，信号数据处理模块依次连接数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块，IP封装/解封装模块连接外部IP数据信号输入输出接口，接收待处理的数据信号并将输出处理后的数据信号；
进一步的，IP封装/解封装模块连接有两组外部IP数据信号输入输出接口，IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
本发明中，信号数据缓存模块还连接帧同步模块、帧同步模块连接PTP时钟信号处理模块，PTP时钟信号处理模块连接IP封装/解封装模块；
其中，
PTP时钟信号处理模块在IP封装/解封装模块提取PTP时钟信号，优化后送入帧同步模块作为同步基准信号，作为音视频信号的同步源；
帧同步模块还连接外部BB信号，作为音视频信号的同步源。
用户可配置选择外部BB信号或者PTP时钟信息作为同步源。
本发明中，Web控制模块连接外部控制信号输入接口，接受上位机管理对处理器进行控制。
其中，Web控制模块与上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
如图2所示，本发明还提供了一种4K超高清无压缩IP信号的处理方法，包括：
S1、在IP数据信号输入输出接口输入无压缩IP信号；
其中，IP封装/解封装模块连接有两组外部IP数据信号输入输出接口，IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
S2、Web控制模块接收上位机的访问控制信息对处理器进行处理控制；
其中，
Web控制模块与上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
S3、IP封装/解封装模块接收无压缩IP信号并将无压缩IP信号解封装为SDI视音频信号输入数据缓存处理模块；
S4、数据缓存处理模块缓存SDI视音频信号；
S5、信号数据处理模块读取数据缓存处理模块中的SDI视频信号，进行信号分辨率、动态范围及色域转换处理后送回数据缓存处理模块；
S6、数据缓存处理模块输出处理后的SDI视音频信号，经IP封装/解封装模块输出至外部的IP数据信号输入输出接口。
其中，
PTP时钟信号处理模块在IP封装/解封装模块输入的无压缩IP信号中提取PTP时钟信号，优化后送入帧同步模块作为同步基准信号；
数据缓存处理模块获取帧同步模块的同步基准信号作为同步源，对缓存的SDI视音频信号进行同步校正后再输出。
进一步的，帧同步模块还连接外部BB信号，作为SDI音视频信号的同步源。
本发明的优点：
(1)本发明摒弃CPU+GPU处理方式，采用嵌入式硬件芯片FPGA+ARM方式，专有的信号处理芯片，转换效率高，整机体积小，耗能小，适合高密度信号处理场合；设备安全性高，不宜受一般网络病毒干扰；开机快，操作维护简单，更实现直播传输场景信号转换需求。
(2)采用内置的IP媒体流封装解封装处理模块，可直接接收SMPTE ST2110无压缩4K超高清IP流，采用FPGA作为嵌入式超高清视音频信号处理器实现高带宽、高速超高清视音频信号实时缓存、数据采样处理以及分辨率转换。
(3)本发明内嵌PTP时钟同步处理机制，支持主备路PTP信号主备自动切换以及优先校时母钟自动选择算法，确保音视频信号的高度同步。
(4)采用嵌入式arm处理芯片，通过NMOS IS04/05协议栈实现设备向上位机自动注册发现和接收管理。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种4K超高清无压缩IP信号处理器，其特征在于，包括：信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块和Web控制模块；
所述信号数据处理模块依次连接所述数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块，所述IP封装/解封装模块连接外部IP数据信号输入输出接口，接收待处理的数据信号并将输出处理后的数据信号；
所述信号数据缓存模块还连接所述帧同步模块、所述帧同步模块连接所述PTP时钟信号处理模块，所述PTP时钟信号处理模块连接IP封装/解封装模块；
所述Web控制模块连接外部控制信号输入接口，接受上位机管理对处理器进行控制。
2.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于：信号数据处理模块、数据缓存处理模块、IP封装/解封装模块、帧同步模块、PTP时钟信号处理模块均集成在FPGA上；所述Web控制模块设于ARM处理芯片上。
3.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于：所述帧同步模块还连接外部BB信号，作为音视频信号的同步源。
4.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于：所述IP封装/解封装模块连接有外部IP数据信号输入输出接口，所述IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使所述IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
5.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于：所述Web控制模块与所述上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
6.一种基于权利要求1～5任一项所述的4K超高清无压缩IP信号处理器的处理方法，其特征在于，包括：
在所述IP数据信号输入输出接口输入无压缩IP信号；
所述Web控制模块接收上位机的访问控制信息对处理器进行处理控制；
所述IP封装/解封装模块将所述无压缩IP信号解封装为SDI视音频信号输入所述数据缓存处理模块；
所述数据缓存处理模块缓存所述SDI视音频信号；
所述信号数据处理模块读取所述数据缓存处理模块中的SDI视频信号，进行信号分辨率、动态范围及色域转换处理后送回所述数据缓存处理模块；
所述数据缓存处理模块输出处理后的SDI视音频信号，经所述IP封装/解封装模块输出至外部的所述IP数据信号输入输出接口。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：
所述PTP时钟信号处理模块在所述IP封装/解封装模块输入的无压缩IP信号中提取PTP时钟信号，优化后送入帧同步模块作为同步基准信号；
所述数据缓存处理模块获取帧同步模块的所述同步基准信号作为同步源，对缓存的所述SDI视音频信号进行同步校正后再输出。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述帧同步模块还连接外部BB信号，作为SDI音视频信号的同步源。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述IP封装/解封装模块连接有两组外部IP数据信号输入输出接口，所述IP封装/解封装模块还包括冗余链路IP流无缝切换处理子模块，使所述IP封装/解封装模块可以接受双路无压缩IP信号，且双路无压缩IP信号可无缝切换。
10.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：所述Web控制模块与所述上位机之间采用HTTP协议以及NMOS IS04/05通信协议。
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