CN113873163A - 一种多路超高清视频采集传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及视频数据处理技术领域，具体涉及一种多路超高清视频采集传输系统及方法。所述系统包括指令处理模块：用于接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；数据采集模块：用于并行采集多路超高清视频；数据处理模块：用于将并行采集的多路超高清视频进行解码、缓存处理，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；显示模块：用于将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。本发明能够实现多路超高清视频的采集与传输，并解决但图像质量与实时性两方面难以同时满足的问题。

Description

一种多路超高清视频采集传输系统及方法
技术领域
本发明涉及视频数据处理技术领域，具体涉及一种多路超高清视频采集传输系统及方法。
背景技术
随着医疗技术的进步，远程医疗可以很大程度上的节省医疗开支，提高医疗水平，尤其对缩小城乡差异，提高边远地区医疗水平，降低病人医疗费用有重要的作用。远程医疗是指通过网络将病人的病历资料进行远距离传输交流，同时专家与异地的医生以及病人对患者医学影像资料进行协同分析和讨论，进一步明确诊断，指导确定治疗方案，实现医学资源、专家资源、技术设备资源和医学科技成果信息资源共享。由于需要通过视频监控设备实时了解病人的状况，因此视频监控系统提供的视频实时性要求比较高，同时需要更高清晰度的视频图像。而且随着汽车辅助驾驶等领域的兴起，对于视频监控系统提供的视频同样需要具备低延时和高清晰度。目前多数视频监控系统的功能局限于单视频源采集，而远程医疗、汽车辅助驾驶等领域若能提供多视频源采集，其达到的医疗治疗效果、辅助驾驶效果能够显著提高，但图像质量与实时性两方面的需求难以满足。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种多路超高清视频采集传输系统，能够实现多路超高清视频的采集与传输，并解决但图像质量与实时性两方面难以同时满足的问题。
为了达到上述目的，提供了一种多路超高清视频采集传输系统，所述系统包括：
指令处理模块：用于接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；
数据采集模块：用于在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理模块：用于将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；还用于将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示模块：用于将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
原理及优点：
1.指令处理模块和数据采集模块的设置，指令处理模块接收并解析上位机的控制指令，从而通过数据采集模块控制若干超高清图像采集传感器进入到需求的工作模式，实现多路超高清视频的并行采集。
2.数据处理模块和显示模块的设置，数据处理模块可将多路超高清视频存储于缓存模块再进行解码处理完成多路视频流的混合得到超高清视频数据；而处理后的视频流分为两路，一路降低分辨率通过显示模块输出，在本地端实时显示；另一路不会压缩处理，直接经由万兆以太通信模块传输至上位机，由上位机程序实现远端视频的实时显示，通过万兆以太网通信技术，可以同时满足视频数据高带宽、低延时、远距离的传输需求，使得本系统能够支持超高清视频不经过压缩编码传输，最大程度地保证图像质量，为超高清视频无损传输提供了一种解决方案。
进一步，所述数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置在副板，所述指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置在主板，所述副板与主板通过高速连接器有线通信连接。
主板与副板的设置，增强了系统的灵活性。从而可以通过更换不同的传感器子板，支持多种型号的图像传感器，可以满足更多应用场景的需求，使得应用范围更广。
进一步，所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；当副板接收到控制指令时，存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
进一步，所述缓存模块为主板外部挂载的大容量存储芯片，用于超高清视频的高速缓存。
缓存模块采用外部挂载的方式，便于根据需求进行升级，实现高速缓存，降低延时。
本发明的目的之二在于提供一种多路超高清视频采集传输方法，所述方法应用于上述系统，具体包括以下步骤：
指令处理步骤：接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；
数据采集步骤：在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理步骤：将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示步骤：将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
原理及优点：
1.指令处理模块和数据采集模块的设置，指令处理模块接收并解析上位机的控制指令，从而通过数据采集模块控制若干超高清图像采集传感器进入到需求的工作模式，实现多路超高清视频的并行采集。
2.数据处理模块和显示模块的设置，数据处理模块可将多路超高清视频存储于缓存模块再进行解码处理完成多路视频流的混合得到超高清视频数据；而处理后的视频流分为两路，一路降低分辨率通过显示模块输出，在本地端实时显示；另一路不会压缩处理，直接经由万兆以太通信模块传输至上位机，由上位机程序实现远端视频的实时显示，通过万兆以太网通信技术，可以同时满足视频数据高带宽、低延时、远距离的传输需求，使得本系统能够支持超高清视频不经过压缩编码传输，最大程度地保证图像质量，为超高清视频无损传输提供了一种解决方案。
进一步，还包括以步骤：
将数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置作为副板；
将指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置作为主板；
将副板与主板通过高速连接器有线通信连接。
主板与副板的设置，增强了系统的灵活性。从而可以通过更换不同的传感器子板，支持多种型号的图像传感器，可以满足更多应用场景的需求，使得应用范围更广。
进一步，所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；当副板接收到控制指令时，存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
进一步，还包括以步骤：
在主板外部挂载大容量存储芯片作为缓存模块，用于超高清视频的高速缓存。
缓存模块采用外部挂载的方式，便于根据需求进行升级，实现高速缓存，降低延时。
附图说明
图1为本发明实施例一种多路超高清视频采集传输系统的逻辑框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例
一种多路超高清视频采集传输系统，基本如附图1所示：所述系统包括上位机和服务器，上位机中安装有程序软件，用于向服务器发送控制指令以及接收服务器发送的超高清视频，所述服务器包括以下模块：
指令处理模块：用于接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；
数据采集模块：用于在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理模块：用于将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；还用于将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示模块：用于将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
所述数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置在副板，所述指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置在主板，所述副板与主板通过高速连接器有线通信连接。本实施例中，在副板上选用超高清CMOS图像传感器作为视频采集元件，其数量为4个。副板与主板两块采用印制电路板构成，将超高清CMOS图像传感器及其所需电源设计在副板上，核心功能模块及其他外设模块设计在主板上，从而可以通过更换不同的副板，来支持多种型号的图像传感器。
本系统为了完成指令处理模块、数据处理模块和显示模块对应的功能，以此实现多路超高清视频的并行采集与处理，系统选用具有强大的数据处理能力的芯片作为核心处理器。
在视频处理领域，常用的处理器架构主要有RAM、DSP、FPGA等，其常用的是使用FPGA+DSP或者FPGA+ARM的方式。其中，FPGA具有灵活的可编程性、丰富的可配置IO资源和强大的并行处理能力，其缺点在于编程难度大，控制算法实现相对复杂，开发人员的技术水平要求高；ARM架构处理器内部集成多种硬件资源，具有较强的任务管理能力，可以运行操作系统，在控制算法实现方面具有一定的优势，其缺点在于IO功能固定，且当数据运算量大时，处理延时相对较长。基于上述分析，本系统的核心处理器采用FPGA+ARM架构，其中，FPGA主要负责多路超高清视频采集、处理与传输的相关事务，ARM主要负责解析上位机的指令，并控制超高清CMOS图像传感器的工作模式。
MIPI CSI-2接口为MIPI联盟针对移动嵌入式设备制定的视频接口，视频数据采用差分串行输出的方式，与DVP接口相比，具有接口少、传输速度快、抗干扰性能强的特点，在高分辨率CMOS图像传感器中被广泛使用。因此，本系统选用MIPI CSI-2接口作为视频采集接口(即连接副板与主板通过高速连接器)。
本实施例中，主板外部挂载的大容量存储芯片为大容量DDR3存储芯片，用于超高清视频的高速缓存。而且可以根据需要进行升级。
具体实施方式：
通过上位机中安装的程序软件输入启闭控制参数、图像大小参数、视频帧率参数、数据格式参数得到控制指令，并通过万兆以太通信模块发送到服务器，服务器(主板)中处理器(ARM架构)来负责解析上位机的控制指令，控制指令通过MIPI CSI-2接口进入到副板中，具体是存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
并行采集的多路超高清视频通过MIPI CSI-2接口进入主板中，而主板中处理器(FPGA架构)主要负责多路超高清视频的接收、解码处理、缓存处理与传输的相关事务，能够低延时高效率的混合多路视频得到超高清视频。会获得第一视频流数据和第二视频流数据；第一视频流数据会进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据，再通过HDMI驱动模块将本地视频数发送给本地显示器，实时显示。而第二视频流数据不会经过压缩，直接将超高清视频通过万兆以太网通信发送给上位机进行显示。最终效果是本地显示与上位机的显示存在低延时，画面可做到基本同步，从而解决但图像质量与实时性两方面难以同时满足的问题。
一种多路超高清视频采集传输方法，所述方法应用于上述系统，具体包括以下步骤：
指令处理步骤：接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；
数据采集步骤：在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理步骤：将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示步骤：将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
为了增强本系统的灵活性，还包括以步骤：
将数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置作为副板；
将指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置作为主板；
将副板与主板通过高速连接器有线通信连接。
当副板接收到控制指令时，存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
在主板外部挂载大容量存储芯片作为缓存模块，用于超高清视频的高速缓存。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种多路超高清视频采集传输系统，其特征在于，所述系统包括：
指令处理模块：用于接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；
数据采集模块：用于在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理模块：用于将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；还用于将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示模块：用于将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
2.根据权利要求1所述的一种多路超高清视频采集传输系统，其特征在于：所述数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置在副板，所述指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置在主板，所述副板与主板通过高速连接器有线通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种多路超高清视频采集传输系统，其特征在于：所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；当副板接收到控制指令时，存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
4.根据权利要求3所述的一种多路超高清视频采集传输系统，其特征在于：所述缓存模块为主板外部挂载的大容量存储芯片，用于超高清视频的高速缓存。
5.一种多路超高清视频采集传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
指令处理步骤：接收上位机的控制指令，并对控制指令进行解析，且根据解析后的控制指令控制若干超高清图像采集传感器的工作模式；
数据采集步骤：在确定超高清图像采集传感器的工作模式后，通过若干超高清图像采集传感器并行采集多路超高清视频；
数据处理步骤：将并行采集的多路超高清视频进行解码处理，再缓存在缓存模块中，并进行视频分流处理，获得第一视频流数据和第二视频流数据；将第一视频流数据进行视频分辨率降采样和格式转换，得到本地视频数据；
显示步骤：将本地视频数据发送到本地显示设备，以及将第二视频流数据通过万兆以太通信模块发送到上位机。
6.根据权利要求5所述的一种多路超高清视频采集传输方法，其特征在于：还包括以步骤：
将数据采集模块与若干超高清图像采集传感器集成设置作为副板；
将指令处理模块、数据处理模块和显示模块集成设置作为主板；
将副板与主板通过高速连接器有线通信连接。
7.根据权利要求6所述的一种多路超高清视频采集传输方法，其特征在于：所述控制指令包括超高清图像采集传感器的启闭控制指令、图像大小控制指令、视频帧率控制指令和数据格式指令；当副板接收到控制指令时，存入对应超高清图像采集传感器的内部寄存器，使超高清图像采集传感器进入对应的工作模式并行采集多路超高清视频。
8.根据权利要求7所述的一种多路超高清视频采集传输方法，其特征在于：还包括以步骤：
在主板外部挂载大容量存储芯片作为缓存模块，用于超高清视频的高速缓存。
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