CN114222157B - 一种多输入信号便携式导播推流预监系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其包括输入模块、控制模块、ARM/linux处理系统以及输出模块；所述输入模块包括两个HDMI输入单元、两个UVC摄像头输入单元、一个模拟音频输入单元、一个网络流媒体输入单元；所述输出模块包括一个HDMI输出单元、一个LCD显示输出单元、一个录制输出单元、一个直播推流单元和一个模拟音频输出单元；所述ARM/linux处理系统根据画面编辑指令选择相应的输入信息，还根据输出模式选择指令来调整视频信号采集的帧率，以及动态调整HDMI输出单元、录制输出单元、直播推流单元的输出帧率。本发明集信号采集、信号切换、信号监看和检测、信号录制、输出拓展和直播推流于一体，为用户提供更好的直播。

Description

一种多输入信号便携式导播推流预监系统
技术领域
本发明涉及视频处理及直播技术领域，特别涉及一种多输入信号便携式导播推流预监系统。
背景技术
随着网络直播市场迅猛发展，各行各业的普通人、明星、企业家纷纷入驻各类直播平台直播，但异常好的、专业的直播并不简单。现有的导播推流设备功能单一，仅支持单一格式信号源输入预监和推流，无法满足现在的直播需求。因此，迫切需要支持多输入信号的导播推流系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其集信号采集、信号切换、信号监看和检测、信号录制、输出拓展和直播推流于一体，为用户提供更好的直播。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其包括输入模块、控制模块、ARM/linux处理系统以及输出模块；
所述输入模块包括两个HDMI输入单元、两个UVC摄像头输入单元、一个模拟音频输入单元、一个网络流媒体输入单元；
所述HDMI输入单元用于将HDMI输入信号转换成MIPI视频信号和数字音频信号，该MIPI视频信号和数字音频通过ISP接口和数字音频接口采集后送入ARM/linux处理系统中；
所述UVC输入单元用于根据USB协议对UVC输入信号进行视频数据和音频数据的采集，并送入ARM/linux处理系统中；
所述模拟音频输入单元用于将模拟音频输入信号转换成数字音频数据，该数字音频数据经12S音频接口采集后送入ARM/linux处理系统中；
所述网络流媒体输入单元用于对网络音视频媒体流进行拆包成音频数据和视频数据，然后将音频数据和视频数据分别送入ARM/linux处理系统中；
所述输出模块包括一个HDMI输出单元、一个LCD显示输出单元、一个录制输出单元、一个直播推流单元和一个模拟音频输出单元；所述LCD显示输出单元连接LCD；所述HDMI输出单元则连接监视器，用于监看输出的音视频是否正常工作；所述直播推流单元用于将视频推流到直播平台；
所述控制模块用于输入控制指令，该控制指令包括画面编辑指令和输出模式选择指令，所述输出模式选择指令用来确定ARM/linux处理系统的输出模式；
所述ARM/linux处理系统根据控制模块输入的画面编辑指令选择相应的输入信息，所述ARM/linux处理系统还根据控制模块输入的输出模式选择指令来调整视频信号采集的帧率，以及动态调整HDMI输出单元、录制输出单元、直播推流单元的输出帧率。
所述ARM/linux处理系统的输出模式包括监视器模式、推流模式和录制模式；
所述监视器模式下，HDMI输出单元的优先级最高，直播输出单元和录制输出单元的优先级较低；该监视器模式下，首先将HDMI输出单元的输出帧率P与CPU采集帧率M进行比较，当P＜M时，调整采集帧率为M=P；当P＞M时，调整HDMI输出单元的输出帧率为P=M；然后调整推流输出单元和录制输出单元的输出帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K1，其中，K1为调整系数；
所述推流模式下，直播推流单元的优先级最高，HDMI输出单元和录制输出单元的优先级较低；该推流模式下，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＜M时，设定直播推流单元的固定刷新率为M；当N＞M时，设定直播推流单元的固定刷新率为N；然后调整HDMI输出单元和录制输出单元的帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K2，其中，K2为调整系数；
所述录制模式下，录制输出单元的优先级最高，HDMI输出单元和直播推流单元的优先级较低；该录制模式下，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＜M时，设定录制输出单元的固定刷新率为M；当N＞M时，设定录制输出单元的固定刷新率为N；然后调整HDMI输出单元和直播推流单元的帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K3，其中，K3为调整系数。
所述控制模块还用于输入摄像头调整指令，该摄像头调整指令转换为PTZ反控指令后，经由PTZ/UVC反控模块控制摄像头云台的角度和对焦。
采用上述方案后，本发明集信号采集、信号切换、信号监看和检测、多信号叠加、信号录制、输出扩展和直播推流于一体，且本发明能够根据用户选择以及CPU使用率，动态调整各个输出单元的帧率，在满足多输出的情况下，实现更好的直播。
附图说明
图1为本发明的硬件接口图；
图2为本发明的系统原理框图；
图3为控制模块对摄像头的反控流程图；
图4为不同输出模式下的帧率调整流程图；
图5为输入信号的格式转换示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明揭示了一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其包括输入模块、控制模块、ARM/linux处理系统以及输出模块。
输入模块包括两个HDMI输入单元、两个UVC输入单元、一个模拟音频输入单元、一个网络流媒体输入单元。
HDMI输入单元用于将HDMI输入信号转换成MIPI视频信号和数字音频信号，通过ISP接口和数字音频接口采集MIPI视频信号和数字音频，并送入ARM/linux处理系统中。HDMI输入信号可以来自电脑或其他设备的文件。
UVC输入单元用于根据USB协议对UVC输入信号进行视频数据和音频数据的采集，并送入ARM/linux处理系统中。UVC输入信号可以是来自摄像头的画面、也可以是可播放的U盘文件。
模拟音频输入单元用于将模拟音频输入信号转换成数字音频数据，该数字音频数据经12S音频接口采集后送入ARM/linux处理系统中。
网络流媒体输入单元用于对网络音视频媒体流进行拆包成音频数据和视频数据，然后将音频数据和视频数据分别送入ARM/linux处理系统中。网络音视频媒体流可以是RTSP音视频流、RTMP音视频流或NDI音视频流。网络音视频媒体流可以通过网口输入也可以由WiFi输入。
输出模块包括一个HDMI输出单元、一个LCD显示输出单元、一个USB录制输出单元、一个LAN推流单元、一个WiFi推流单元和一个模拟音频输出单元。
LCD显示输出单元连接LCD，LCD有菜单操作，LCD显示能预监编辑画面，能显示图像示波器功能体现输入画质的优劣；在LCD上编辑好要直播的画面后，再切换到HDMI显示和RTMP/NDI推流出去。
HDMI输出单元连接监视器，用于监看输出的音视频是否正常工作。HDMI输出单元能动态的调整刷新率，避免占用推流资源。可见，LCD除了显示输入画面、操作菜单外，在监视器模式下，还可以叠加了波形图、矢量图、直方图三种视频图像分析结果。
LAN推流单元和WiFi推流单元均属于直播推流单元，其包含NDI推流和多路RTMP同时推流。
模拟音频输出用于输出音频信息，推流模式下的音频是跟RTMP/NDI的音频一致，录制模式下的音频是跟录制文件的音频一致，监视器模式下的音频是跟HDMI输出的音频一致。
所述控制模块用于输入控制指令，该控制指令包括画面编辑指令和输出模式选择指令，所述输出模式选择指令用来确定ARM/linux处理系统的输出模式。如图3所示，控制模块还用于输入摄像头调整指令，该摄像头调整指令转换为PTZ反控指令后，经由PTZ/UVC反控模块控制摄像头云台的角度和对焦。这些控制指令可以由蓝牙控制模块、WiFi控制模块或者LCD菜单控制模块下发。支持Windows与MAC的桌面操作系统以及ios与Android的手机端控制通过WIFI控制设备。
ARM/linux处理系统根据控制模块输入的画面编辑指令选择相应的输入信息，所述ARM/linux处理系统还根据控制模块输入的输出模式选择指令来调整视频信号采集的帧率，以及动态调整HDMI输出单元、录制输出单元、直播推流单元的输出帧率。ARM/linux处理系统包括图像处理模块和音频处理模块。
图像处理模块对多路采集后的视频信号进行矩阵切换和选择，可以打开示波器功能对输入图像的直方图、波形图和矢量图判断图像的亮度、白平衡等图像质量参数来调节摄像机或HDMI信号设备的输出画质。如图5所示，可以对采集后的视频格式进行分析并根据需要对其进行格式转换。HDMI输入视频格式固定为YUV数据，UVC输入视频格式可以是YUV、MJPEG、H264/H265等，RTMP视频流和RTSP视频流拆包后是H264/H265视频格式，NDI视频流拆包后可以是YUV、H264/H265等视频格式。
图像处理模块根据处理器的CPU主频、CPU使用率、GPU的性能和视频解码模块，进行动态的决策采集的是哪种格式的视频信号和处理的帧率。
图像处理模块根据用户选择对图像进行叠加处理，根据LCD输出模块、录制文件、HDMI输出模块和直播推流模块的需求，进行格式转换，送到各个输出模块。
音频处理模块对多路采集后的音频信号进行矩阵切换和选择，对选择的音频信号进行混音处理；用户可以根据应用场景对一路或多路音频数据做延时处理，保证音频和视频能同步；最终音频处理模块，根据音频的采样率和视频的帧率，计算出音频数据和视频数据推流的时间片，保证直播平台的音视频能同步。
如图4所示，ARM/linux处理系统的输出模式包括监视器模式、推流模式和录制模式。其中，监视器模式下，HDMI输出的优先级最高，推流和录制优先级较低，为了保证HDMI输出的帧率固定在最高状态，通过计算CPU占用率和调整系数K1来动态的调整RTMP输出和录制输出的帧率。具体地，首先将HDMI输出单元的输出帧率P与CPU采集帧率M进行比较，当P＜M时，调整采集帧率为M=P；当P＞M时，调整HDMI输出单元的输出帧率为P=M；然后调整推流输出单元和录制输出单元的输出帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K1。
推流模式，推流输出的优先级最高，HDMI输出和录制输出优先级较低，为了保证推流输出的帧率固定在最高状态，通过计算CPU占用率和调整系数K2来动态的调整HDMI输出和录制输出的帧率。具体地，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＜M时，设定直播推流单元的固定刷新率为M；当N＞M时，设定直播推流单元的固定刷新率为N；然后调整HDMI输出单元和录制输出单元的帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K2。
在推流模式下，根据网络带宽上行速度、视频编码码率及设定直播平台的优先级，决策推流视频到哪几个直播平台，推流直播平台数 = 上行速度带宽/视频编码码率。
录制模式，录制输出的优先级最高，HDMI输出和推流输出优先级较低，为了保证推流输出的帧率固定在最高状态，通过计算CPU占用率和调整系数K3来动态的调整HDMI输出和推流输出的帧率。具体地，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＜M时，设定录制输出单元的固定刷新率为M；当N＞M时，设定录制输出单元的固定刷新率为N；然后调整HDMI输出单元和直播推流单元的帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K3。
上述三种工作模式下，LCD显示的刷新率是固定，和模拟音频输出一样，占用资源，但影响不大。故不进行调整。
本发明集信号采集、信号切换、信号监看和检测、多信号叠加、信号录制、输出扩展和直播推流于一体，且本发明能够根据用户选择以及CPU使用率，动态调整各个输出单元的帧率，在满足多输出的情况下，实现更好的直播。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其特征在于：包括输入模块、控制模块、ARM/linux处理系统以及输出模块；
所述输入模块包括两个HDMI输入单元、两个UVC输入单元、一个模拟音频输入单元、一个网络流媒体输入单元；
所述HDMI输入单元用于将HDMI输入信号转换成MIPI视频信号和数字音频信号，该MIPI视频信号和数字音频通过ISP接口和数字音频接口采集后送入ARM/linux处理系统中；
所述UVC输入单元用于根据USB协议对UVC输入信号进行视频数据和音频数据的采集，并送入ARM/linux处理系统中；
所述模拟音频输入单元用于将模拟音频输入信号转换成数字音频数据，该数字音频数据经I2S音频接口采集后送入ARM/linux处理系统中；
所述网络流媒体输入单元用于对网络音视频媒体流进行拆包成音频数据和视频数据，然后将音频数据和视频数据分别送入ARM/linux处理系统中；
所述输出模块包括一个HDMI输出单元、一个LCD显示输出单元、一个录制输出单元、一个直播推流单元和一个模拟音频输出单元；所述LCD显示输出单元连接LCD；所述HDMI输出单元则连接监视器，用于监看输出的音视频是否正常工作；所述直播推流单元用于将视频推流到直播平台；
所述控制模块用于输入控制指令，该控制指令包括画面编辑指令和输出模式选择指令，所述输出模式选择指令用来确定ARM/linux处理系统的输出模式；
所述ARM/linux处理系统根据控制模块输入的画面编辑指令选择相应的输入信息，所述ARM/linux处理系统还根据控制模块输入的输出模式选择指令来调整视频信号采集的帧率，以及动态调整HDMI输出单元、录制输出单元、直播推流单元的输出帧率；
所述ARM/linux处理系统的输出模式包括监视器模式、推流模式和录制模式；
所述监视器模式下，HDMI输出单元的优先级最高，直播推流单元和录制输出单元的优先级较低；该监视器模式下，首先将HDMI输出单元的输出帧率P与CPU采集帧率M进行比较，当P＞M时，调整HDMI输出单元的输出帧率为M，否则调整采集帧率为P；然后调整直播推流单元和录制输出单元的输出帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K1，其中，K1为调整系数；
所述推流模式下，直播推流单元的优先级最高，HDMI输出单元和录制输出单元的优先级较低；该推流模式下，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＞M时，设定直播推流单元的输出帧率为N，否则设定直播推流单元的输出帧率为M；然后调整HDMI输出单元和录制输出单元的输出帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K2，其中，K2为调整系数；
所述录制模式下，录制输出单元的优先级最高，HDMI输出单元和直播推流单元的优先级较低；该录制模式下，首先将编码的帧率N与采集帧率M比较，当N＜M时，设定录制输出单元的输出帧率为M，否则设定录制输出单元的输出帧率为N；然后调整HDMI输出单元和直播推流单元的输出帧率为HDMI输出单元的固定刷新率*CPU使用率*K3，其中，K3为调整系数。
2.根据权利要求1所述的一种多输入信号便携式导播推流预监系统，其特征在于：所述控制模块还用于输入摄像头调整指令，该摄像头调整指令转换为PTZ反控指令后，经由PTZ/UVC反控模块控制摄像头云台的角度和对焦。
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