CN113645509A - 一种显示操控与显控计算动态耦合系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显示操控与显控计算动态耦合系统及方法，属于显示操控与显控计算技术领域；视频服务器机柜包含视频服务器、以太网交换机和FC光纤视频交换机，实现显控计算、显示推送和数据交互；多功能显控台包含网络化智能操控模块、视频通道转换模块和显控台，实现显示操控、视频协议转换和显示器显示；视频服务器包括任务管理模块和视频综合处理模块；FC光纤视频交换机为系统内其他设备提供用户自定义的FC帧或标准FC协议帧交换，包括FC视频帧的自定义转发和组播功能，自定义控制帧的转发，并提供监控端口。本发明视频服务器保证了显控计算的效率以及显控切换的速率，网络化智能操控模块可以对显示操控进行智能化调度。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示操控与显控计算动态耦合系统及方法，属于显示操控与显控计算技术领域。
背景技术
海军未来作战对各类电子信息装备的显示、操控和信息计算处理需求在逐年增强，以开放式电子信息系统的应用要求为指导，在充分继承标准台研制和应用成果的基础上，以软件标准化为核心，积极采用商用主流成熟技术，构建支持海军电子信息装备应用的人机交互显控平台。而基于不同的显控技术，显示操控与显控计算之间又呈现出不同的耦合性。
两个具有相近相通，又相差相异的系统，不仅有静态的相似性，也有动态的互动性。采取措施对具有耦合关系的系统进行引导、强化，促进两者良性的、正向的相互作用，相互影响，激发两者内在潜能，从而实现优势互补和共同提升。动态耦合性，是指两个系统的互动性，存在动态性能，可以根据外部环境的变动来调整互动的程度。动态耦合性的好坏，可以用动态耦合重组时间来确认。动态耦合重组时间短的，其动态耦合性能好，反之则不好。
伴随着显控台技术的发展，显示操控与显控计算呈现出不同的耦合程度。显示操控与显控计算可以集成在服务器端，显控台端只作显示功能；也可以集成在显控台端，显控台可以脱离服务器端，自主运行；显示操控与显控计算还可以分离，显控计算集成在服务器端，显示操控集成在显控台端。但现有技术的动态耦合性能无法满足人机交互的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种显示操控与显控计算动态耦合系统，实现显示操控与显控计算的动态耦合。
本发明解决技术的方案是：
一种显示操控与显控计算动态耦合系统，包括视频服务器机柜和多功能显控台；
视频服务器机柜包含视频服务器、以太网交换机和FC光纤视频交换机，实现显控计算、显示推送和数据交互；
多功能显控台包含网络化智能操控模块、视频通道转换模块和显控台，实现显示操控、视频协议转换和显示器显示；
视频服务器包括任务管理模块和视频综合处理模块；
以太网交换机实现24个端口交换，其中12路1G/10G光口自适应以太网交换，12路10/100/1000电口自适应以太网交换；
FC光纤视频交换机为系统内其他设备提供用户自定义的FC帧或标准FC协议帧交换，包括FC视频帧的自定义转发和组播功能，自定义控制帧的转发，并提供监控端口；
网络化智能操控模块实现采集各操控组件的操作信息并传送至视频服务器进行相关处理功能；
视频通道转换模块，既可以将外部FC-AVCB视频数据解封为原始DP视频数据，通过视频总线传送给视频综合处理模块，还可以将视频综合处理模块输出的原始DP视频数据，转换成FC-AVCB视频数据，传送给FC光纤视频交换机；
显控台实现远程终端显示、任务与显示分离、任意显控台之间可热切换以及网络化智能操控功能。
进一步的，FC光纤视频交换机包括F端口模块，根据收到的帧，进行解封装，提取相应字段，然后填写发送帧，并进行帧封装，然后调用API模块中的帧发送函数将封装好的帧传给下层硬件。
进一步的，12路1G/10G光口自适应以太网交换，根据光模块的不同，交换机可以实现物理总线SFI和SERDES的自由切换。
进一步的，12路10/100/1000电口自适应以太网交换，支持VLAN技术，支持端口镜像功能，具有广播风暴抑制功能。
进一步的，包含32路FC光纤接口，其中31路FC交换端口，1路监控接口。
进一步的，端口速率支持2.125Gb/s和4.25Gb/s。
进一步的，端口转发延时小于2μs。
进一步的，网络化智能操控模块具备1路DVI视频输出信号，2路千兆以太网信号和多路USB输入信号。
进一步的，FC-AVCB视频数据传输遵循FC-AVCB协议，通过标准的FC协议扩展支持视频、语音和控制指令的传输。
进一步的，FC-AVCB协议中，视频数据：用于传输无损的显控界面、雷达/声纳/光电视频，可用于界面显示、身份识别；语音数据：用于传输语音指令、语音识别；操控数据：用于传输多种操控信息、指令。
一种显示操控与显控计算动态耦合方法，具体步骤包括：
步骤1.外部显控计算任务通过FC光纤视频交换机传送给视频服务器，视频服务器中的视频通道转换模块将FC-AVCB信号转换成原始视频数据；
步骤2.视频服务器中的任务管理模块得到显控计算的指令，经过负载均衡处理，将显控计算的任务分配到三个视频综合处理模块中的一块；
步骤3.视频综合处理模块完成输入的视频数据的综合处理，即显控计算任务的视频叠加、旋转、缩放，然后将处理完的原始视频数据通过交换模块传送给视频通道转换模块，转换成FC-AVCB信号；
步骤4.任务管理模块再次调度，将发出的FC-AVCB信号通过FC光纤视频交换机传送给显控台，并调度给三个显控台不同的显控任务；
步骤4.任务管理模块通过千兆网络交换机，将调度的指令发送给网络化智能操控模块；
步骤5.网络化智能操控模块通过响应调度，实现显示操控。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明视频服务器保证了显控计算的效率以及显控切换的速率；网络化智能操控模块可以对显示操控进行智能化调度；
(2)本发明通过视频服务器中任务管理模块的统一部署，可以实现显示操控与显控计算的动态耦合，耦合时间小于1s；
(3)本发明FC-AVCB协议的应用保证了显控任务传输的高带宽，可以实现图像/视频无损、低延迟；
附图说明
图1为显示操控与显控计算动态耦合装置实现框图；
图2为视频服务器机柜原理框图；
图3为网络化智能操控模块原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
结合图1所示的显示操控与显控计算动态耦合装置实现框图、图2所示的视频服务器机柜原理框图以及图3所示的多功能显控台原理框图，下面对本发明方法作进一步描述。
如图1所示，显示操控与显控计算动态耦合装置分为视频服务器机柜和多功能显控台；视频服务器机柜包含视频服务器、千兆以太网交换机和FC光纤视频交换机，主要实现显控计算、显示推送和数据交互；多功能显控台包含操控接口模块、视频通道转换模块和显控台，主要实现显示操控、视频协议转换和显示器显示。视频服务器和操控接口模块通过千兆网络交换机进行互联，且为两路双冗余的千兆以太网1000BASE-T。视频通道转换模块通过FC光纤视频交换机与视频服务器进行视频数据交互，视频数据交互通道为两路双冗余的4Gbps FC。
如图2所示，视频服务器机柜包含视频服务器、千兆以太网交换机和FC光纤视频交换机，主要实现显控计算、显示推送和数据交互；视频服务器，由视频通道转换模块、任务管理模块、视频综合处理模块、任务管理模块、交换模块和电源模块等模块组成，包含了数据总线、管理总线、视频总线和供电总线等多条总线。
千兆网络交换机可以实现24个端口交换，其中12路1G/10G光口自适应以太网交换，根据光模块的不同，交换机可以实现物理总线SFI和SERDES的自由切换，12路10/100/1000电口自适应以太网交换；支持VLAN技术，支持端口镜像功能，也具有广播风暴抑制功能。
FC光纤视频交换机，为系统内其他设备提供用户自定义的FC帧或标准FC协议帧交换功能，包括FC视频帧的自定义转发和组播功能，自定义控制帧的转发，并提供监控端口；包含32路FC光纤接口，其中31路FC交换端口，1路监控接口，端口速率支持2.125Gb/s和4.25Gb/s，端口转发延时小于2us。
如图3所示，网络化智能操控模块主要实现采集各操控组件(键盘、轨迹球和触摸显示器)的操作信息并传送至视频服务器进行相关处理功能；具备1路DVI视频输出信号，2路千兆以太网信号和多路USB输入信号。网络化智能操控模块与3个显示器一样，采用电源适配器输出的直流12V供电，采用交直隔离，可以有效较少交流信号对显示操控的干扰。
具体的显示操控与显控计算动态耦合的实现步骤如下：
步骤1.外部显控计算任务通过FC光纤视频交换机传送给视频服务器，视频服务器中的视频通道转换模块将FC-AVCB信号转换成原始视频数据；
步骤2.视频服务器中的任务管理模块得到显控计算的指令，经过负载均衡处理，将显控计算的任务分配到三个视频综合处理模块中的一块；
步骤3.视频综合处理模块完成输入的视频数据的综合处理，即显控计算任务的视频叠加、旋转、缩放，然后将处理完的原始视频数据通过交换模块传送给视频通道转换模块，转换成FC-AVCB信号；
步骤4.任务管理模块再次调度，将发出的FC-AVCB信号通过FC光纤视频交换机传送给显控台，并调度给三个显控台不同的显控任务；
步骤4.与此同时，任务管理模块通过千兆网络交换机，将调度的指令发送给网络化智能操控模块；
步骤5.网络化智能操控模块通过响应调度，来实现显示操控。
视频服务器：通过两路4Gbps FC与FC光纤视频交换机进行数据交换，通过两路千兆以太网交换机与进行网络数据交换。
FC光纤视频交换机：对视频服务器和视频通道转换模块发来的FC信号进行调度和转发，实现视频服务器与视频通道转换模块的FC数据交换。
网络化智能操控模块：接收来自千兆以太网交换机的网络数据，解析出其中的显示操控数据，来转换成显示操控指令输出(USB键盘、鼠标和触摸屏)。
视频通道转换模块：接收来自FC光纤视频交换机的FC数据，对其中的FC-AVCB视频数据进行解析，解封为原始视频数据，送给三个显控台显示。
视频服务器与FC光纤视频交换机进行交换的带宽可以达到4Gbps。
FC-AVCB协议的应用保证了显控任务传输的高带宽，可以实现图像/视频无损、低延迟；
视频服务器保证了显控计算的效率以及显控切换的速率；
网络化智能操控模块可以对显示操控进行智能化调度。
通过视频服务器中任务管理模块的统一部署，可以实现显示操控与显控计算的动态耦合，耦合时间小于1s。
本发明设计了一种适合显控应用的自定义通信协议：FC-AVCB协议。FC-AVCB协议通过标准的FC协议扩展支持视频、语音和控制指令的传输。FC-AVCB协议中，视频数据：用于传输无损的显控界面、雷达/声纳/光电等视频，可用于界面显示、身份识别等；语音数据：用于传输语音指令、语音识别等操控手段；操控数据：用于传输多种操控信息、指令，如键盘、跟踪球、触摸屏、指静脉识别、控制按钮等产生的操控信息。FC-AVCB协议可以在以太网上实现，即FCoE协议，就是在以太网协议上虚拟一个FC通道，但处理起来更复杂，要先解析以太网数据包，再解析FC数据帧，效率大大降低，实时性变差；
FC-AVCB协议的好处是专门为视频、语音、操控设计，协议效率高，除了一小部分控制字外都是传输数据，因为FC的高带宽，可传输视频原始数据，无压缩，视频无损失，同时协议解析简单。以太网带宽也可以很高10G、40G，但因为要遵循以太网协议规范，网络复杂时，实时性不强，采用UDP传输时也不保证数据包的完整性。
视频服务器的视频切换原理如下：视频服务器中的任务管理模块运行资源管理软件，负责任务的调度、管理。由任务管理模块分配视频处理任务给视频综合处理模块，从而决定每个视频综合处理模块运行的处理任务，视频输入模块输入的视频也由任务管理模块调度，将输入的视频分配给不同的视频综合处理模块处理，同时输入的操控信息也由任务管理模块分配给相应的视频处理模块处理。视频综合处理模块输出的视频也由任务管理模块，指定FC-AVCB数据帧的DID(目的地址)，从而将视频输出到指定的显控台。
在进行界面切换时，由任务管理模块更改FC-AVCB帧的DID，从而将不通的输出视频输出显控台，完成界面的切换。任务管理模块作为默认的管理节点，在任务管理模块故障时，按照实现制定的接管顺序，由最高优先级的视频综合处理模块接管任务管理模块的功能，实现管理节点的功能备份。可通过增加视频综合处理模块和视频输入、视频输出模块的数量，扩展视频服务器的规模。
网络化智能操控模块基于ARM平台运行嵌入式Linux系统，部署于新型显控台上的网络化智能操控模块，主要完成两项功能，即屏幕显示内容的控制管理和操控指令的采集和传输。
由于显控台上多个屏幕的界面可能是由不同服务器产生，因此需要实现显控台上一套键盘、鼠标访问和操作多台服务器的功能。网络化智能操控模块的原理是：在每个操控界面产生的服务器上都部署一个网络化操控代理组件，显控台上的网络化智能操控模块对显控台控制人员的鼠标键盘操作进行检测，将其输入信号按照制定的协议通过TCP/IP发送到相应的服务器端，部署在服务器端的代理组件接收网络报文后将其进行转换解析成键盘鼠标信号，从而实现服务器端一套键盘、鼠标去操作多台服务器的目的。
网络化智能操控模块的一项重要工作就是通过触摸屏的界面来对显控台上多个屏幕显示内容的控制管理以及参数的配置，这些工作由运行于智能操控模块上的系统显示控制软件来完成，软件具有人性化的控制界面，可以灵活的控制屏幕的显示。
综上所述，FC-AVCB协议的应用保证了显控任务传输的高带宽，可以实现图像/视频无损、低延迟；视频服务器保证了显控计算的效率以及显控切换的速率；网络化智能操控模块可以对显示操控进行智能化调度。通过视频服务器中任务管理模块的统一部署，可以实现显示操控与显控计算的动态耦合，耦合时间小于1s。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (11)
1.一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，包括视频服务器机柜和多功能显控台；
视频服务器机柜包含视频服务器、以太网交换机和FC光纤视频交换机，实现显控计算、显示推送和数据交互；
多功能显控台包含网络化智能操控模块、视频通道转换模块和显控台，实现显示操控、视频协议转换和显示器显示；
视频服务器包括任务管理模块和视频综合处理模块；
以太网交换机实现24个端口交换，其中12路1G/10G光口自适应以太网交换，12路10/100/1000电口自适应以太网交换；
FC光纤视频交换机为系统内其他设备提供用户自定义的FC帧或标准FC协议帧交换，包括FC视频帧的自定义转发和组播功能，自定义控制帧的转发，并提供监控端口；
网络化智能操控模块实现采集各操控组件的操作信息并传送至视频服务器进行相关处理功能；
视频通道转换模块，既可以将外部FC-AVCB视频数据解封为原始DP视频数据，通过视频总线传送给视频综合处理模块，还可以将视频综合处理模块输出的原始DP视频数据，转换成FC-AVCB视频数据，传送给FC光纤视频交换机；
显控台实现远程终端显示、任务与显示分离、任意显控台之间可热切换以及网络化智能操控功能。
2.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，FC光纤视频交换机包括F端口模块，根据收到的帧，进行解封装，提取相应字段，然后填写发送帧，并进行帧封装，然后调用API模块中的帧发送函数将封装好的帧传给下层硬件。
3.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，12路1G/10G光口自适应以太网交换，根据光模块的不同，交换机可以实现物理总线SFI和SERDES的自由切换。
4.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，12路10/100/1000电口自适应以太网交换，支持VLAN技术，支持端口镜像功能，具有广播风暴抑制功能。
5.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，包含32路FC光纤接口，其中31路FC交换端口，1路监控接口。
6.根据权利要求5所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，端口速率支持2.125Gb/s和4.25Gb/s。
7.根据权利要求5或6所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，端口转发延时小于2μs。
8.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，网络化智能操控模块具备1路DVI视频输出信号，2路千兆以太网信号和多路USB输入信号。
9.根据权利要求1所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，FC-AVCB视频数据传输遵循FC-AVCB协议，通过标准的FC协议扩展支持视频、语音和控制指令的传输。
10.根据权利要求9所述的一种显示操控与显控计算动态耦合系统，其特征在于，FC-AVCB协议中，视频数据：用于传输无损的显控界面、雷达/声纳/光电视频，可用于界面显示、身份识别；语音数据：用于传输语音指令、语音识别；操控数据：用于传输多种操控信息、指令。
11.一种显示操控与显控计算动态耦合方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1.外部显控计算任务通过FC光纤视频交换机传送给视频服务器，视频服务器中的视频通道转换模块将FC-AVCB信号转换成原始视频数据；
步骤2.视频服务器中的任务管理模块得到显控计算的指令，经过负载均衡处理，将显控计算的任务分配到三个视频综合处理模块中的一块；
步骤3.视频综合处理模块完成输入的视频数据的综合处理，即显控计算任务的视频叠加、旋转、缩放，然后将处理完的原始视频数据通过交换模块传送给视频通道转换模块，转换成FC-AVCB信号；
步骤4.任务管理模块再次调度，将发出的FC-AVCB信号通过FC光纤视频交换机传送给显控台，并调度给三个显控台不同的显控任务；
步骤4.任务管理模块通过千兆网络交换机，将调度的指令发送给网络化智能操控模块；
步骤5.网络化智能操控模块通过响应调度，实现显示操控。
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