CN114567712B

CN114567712B - 一种基于sdi视音频信号的多节点净信号调度方法

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Publication number: CN114567712B
Application number: CN202210453315.6A
Authority: CN
Inventors: 查晓辉; 朱星宇; 赵耀; 赵明; 查伟
Original assignee: Chengdu Zhuoyuan Science & Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Zhuoyuan Science & Technology Co ltd
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2042-04-27
Also published as: CN114567712A

Abstract

本发明涉及一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，属于视音频信号处理技术领域，本发明将无需再额外添置设备，极大的降低了成本，可使当前阶段利用率不高的切换台内置键控系统的利用率提升，且方便管理。对帧同步过程的检验判断进一步细化，避免检验判断出现误判；在本方案的试运行阶段，我们多次遇到误判现象，导致本方案的优越性降低，所以需设计该细化的验证环节，并根据帧同步信号判断的历史数据设定相应参数。由于帧同步信号判断的程序BUG的存在，所以需要设计两个独立的运算单元，可有效避免极少数情况下出现的程序BUG问题引发的误判。

Description

一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法

技术领域

本发明属于视音频信号处理技术领域，具体涉及一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法。

背景技术

现有4K SDI切换技术主要采用独立芯片分布式处理架构，伴随着对音视频制作需求的进一步提升，带来的高IO数量、更高清晰度（分辨率）需求；独立芯片分布式处理架构在针对高IO数量、高分辨率的需求时主要存在以下问题：需要通过几何倍增加芯片数量的方式来应对高IO、高分辨率的需求，成本过高。独立芯片分布式处理架构，所有芯片功能均为单一独立的，不具备扩展性，很难在短时间能应对市场的新兴需求。也就是说，多数对多路4K SDI信号进行调度处理的硬件架构产品，均采用独立芯片分布式处理模式，芯片功能单一，可扩展性、易用性较差。

具体地，传统SDI信号调度切换模式架构下，各芯片均独立运行，在IO数量不多、带宽需求低时，该架构并无问题；但随着视音频行业的发展，对设备的需求也日益增加；数十路的IO需求，4K乃至8K级别分辨率带来的带宽压力，若仍然使用独立芯片分布式处理架构，对芯片数量的需求会成几何倍增加，由此带来的成本压力、PCB制版技术压力、设备小型化压力是无法接受的。同时，在多路IO需求的情况下，由于信号来源的不统一，需要对所有信号进行帧同步处理，若未进行同步，画面会出现撕裂状况，因此，需要对所有信号进行帧同步处理，同步后信号均根据统一同步源进行消隐区对齐，达到准确切换的效果；上述帧同步的过程，在独立芯片分布式处理架构中，每路信号均需要通过Frame Buffer（帧缓存芯片）来实现，在面对高IO需求时极不灵活且成本高。

因此，现阶段需设计一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，包括以下步骤：

S1；对多路SDI视音频信号进行串并行转换处理，得到并行信号；

S2：判断所述并行信号是否完成串行信号转换为并行信号，若是，则进入步骤S3，否则，继续串并行转换处理；

S3：将并行信号进行帧同步处理，得到帧同步信号；

S4：判断所述帧同步信号是否完成帧同步，若是，则进入步骤S5，否则，继续帧同步处理；

S5：矩阵转换模块根据控制指令将帧同步信号、内部键信号、外部键信号进行切换和叠加处理，从而完成多节点净信号调度。

进一步的，步骤S2中具体如下：

对所述并行信号进行Q次判断，判断结果为非并行的次数为Q1；

若Q1未超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号已完成并行；

若Q1超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号未完成并行；

其中，Q、Q1、Q2根据并行信号判断的历史数据进行设定，且Q、Q1、Q2三者为绑定关系，即根据并行信号判断的历史数据，当Q确定时，Q1、Q2也唯一确定。

进一步的，步骤S4中具体如下：

对所述帧同步信号进行P次判断，判断结果为不同步的次数为P1；

若P1未超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号已完成帧同步；

若P1超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号未完成帧同步；

其中，P、P1、P2根据帧同步信号判断的历史数据进行设定，且P、P1、P2三者为绑定关系，即根据帧同步信号判断的历史数据，当P确定时，P1、P2也唯一确定。

进一步的，设定第一判断单元和第二判断单元，第一判断单元和第二判断单元功能相同但为独立运算单元，均用于判断所述帧同步信号是否完成帧同步；

对所述帧同步信号进行P次判断时，均通过第一判断单元进行判断，第一判断单元的结果为不同步时，暂不将该次判断结果归入P1，启动第二判断单元对第一判断单元的结果为不同步的判断过程进行再次同步判断，若第二判断单元的结果仍为不同步时，则将该次判断结果累积入P1，若第二判断单元的结果为同步时，则该次判断结果为同步。

进一步的，所述控制指令基于FPGA完成逻辑编程。

进一步的，所述内部键信号包括但不限于台标和副标图片。

进一步的，所述外部键信号包括但不限于字幕和包装信号。

进一步的，帧同步信号判断的历史数据包括但不限于帧同步信号判断的历史误判次数、帧同步信号判断的程序BUG。

进一步的，并行信号判断的历史数据包括但不限于并行信号判断的历史误判次数、并行信号判断的程序BUG。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，利用FPGA将所有SDI切换所需的串并行转换、核心处理、帧同步缓存及切换模块集成于一体通过软件实现；利用FPGA高带宽、高速率的特性，可应对高IO、高分辨率的需求；利用FPGA的可编程性，能更加灵活的开发新功能应对市场需求。在多路IO需求的情况下，即使信号来源的不统一，本方案对所有信号进行帧同步处理，通过帧同步过程的检验判断，若未完成同步则继续同步处理，直至同步，画面不会出现撕裂状况，也不会引起后续一连串的误动作。同样地，在串行转并行后进行对应的检验判断，判断通过后再进行后续的切换和叠加处理，可有效降低输出未目标信号的风险。相较于传统通过外置键控设备辅以物理分配的方式进行多节点净信号调度的方法，本方法将无需再额外添置设备，极大的降低了成本，可使当前阶段利用率不高的切换台内置键控系统的利用率提升，且方便管理。

本方案其中一个有益效果在于，对帧同步过程的检验判断进一步细化，避免检验判断出现误判；在本方案的试运行阶段，我们多次遇到误判现象，导致本方案的优越性降低，所以需设计该细化的验证环节，并根据帧同步信号判断的历史数据设定相应参数。由于帧同步信号判断的程序BUG的存在，所以需要设计两个独立的运算单元，可有效避免极少数情况下出现的程序BUG问题引发的误判。

附图说明

图1为本申请实施例的步骤原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

传统SDI信号调度切换模式架构下，各芯片均独立运行，在IO数量不多、带宽需求低时，该架构并无问题；但随着视音频行业的发展，对设备的需求也日益增加；数十路的IO需求，4K乃至8K级别分辨率带来的带宽压力，若仍然使用独立芯片分布式处理架构，对芯片数量的需求会成几何倍增加，由此带来的成本压力、PCB制版技术压力、设备小型化压力是无法接受的。同时，在多路IO需求的情况下，由于信号来源的不统一，需要对所有信号进行帧同步处理，若未进行同步，画面会出现撕裂状况；即，需要对所有信号进行帧同步处理，同步后信号均根据统一同步源进行消隐区对齐，达到准确切换的效果，上述帧同步的过程，在独立芯片分布式处理架构中，每路信号均需要通过Frame Buffer（帧缓存芯片）来实现，在面对高IO需求时极不灵活且成本高。

实施例：

如图1所示，提出一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，包括以下步骤：

S3：将并行信号进行帧同步处理，得到帧同步信号；

上述方案中，矩阵切换模块由FPGA芯片直接控制，主要用于调度SDI视音频信号，实现多路SDI视音频信号接入系统时，可根据用户指令，选择不同视音频信号至PGM/PVW主线。

通过键控模块将基于SDI基带传输的外部键信号（KEY+FILL）（通常为字幕、包装信号等），与存储在NAND FLASH中的內部键信号（通常为台标、副标图片等）；通过获取α透明通道信息（KEY）及填充内容（FILL）与PGM/PVW主线中的视音频信号进行叠加，从而实现在视音频信号中添加额外元素的效果。

同时，FPGA根据用户指令，可选择叠加单个/多个外部键、內部键。

PGM主线为切换台输出主线之一，PGM信号在广电系统中为最终输出信号。

PVW主线为切换台输出主线之一，PVW信号在广电系统中为预监信号，通常在PGM切换前使用，用于检查下一切出画面是否正常，通常是机房监管画面用。

PGM(PVW) KEY/FILL1，PGM(PVW) LOGO1为PGM/PVW主线上叠加内外部键信号的节点。

净信号输出前的矩阵切换模块，工作原理与前端输入信号矩阵切换一致；只是输入信号是每一个PGM净信号节点。

通过FPGA将每个内外键叠加节点进行逻辑区分，可以将任意叠加节点配合后端矩阵切换模块进行输出，从而达到实现SDI视音频信号多节点净信号调度切换。

值得说明的是，切换台内置键控系统由于版本较低，内部的电路连接已无法适用本方案的工作原理，但只要对老版的切换台进行线路的改进，即可得到符合本方案上述工作原理的线路，其中矩阵切换模块的输入是1-16个线路，若每个线路都对应不同的摄录机，那么具体工作原理为，矩阵切换模块输出的PGM主线上包含有视音频数据，叠加键控模块输出的外键信号进而得到叠加包装信号PGM KEY/FILL1（外键信号、静态图片都属于包装信号），PGM主线是画面输出主线，当切换台需要切换下一个画面时（例如从线路1的摄录机切换到线路2的摄录机时），先通过PVW主线上的节点查看线路2的摄录机的画面是否完整准确，待确认完毕后，再切换将PGM主线上的线路2摄录机的画面进行切换。

通过上述方案，利用FPGA将所有SDI切换所需的串并行转换、核心处理、帧同步缓存及切换模块集成于一体通过软件实现；利用FPGA高带宽、高速率的特性，可应对高IO、高分辨率的需求；利用FPGA的可编程性，能更加灵活的开发新功能应对市场需求。在多路IO需求的情况下，即使信号来源的不统一，本方案对所有信号进行帧同步处理，通过帧同步过程的检验判断，若未完成同步则继续同步处理，直至同步，画面不会出现撕裂状况，也不会引起后续一连串的误动作。同样地，在串行转并行后进行对应的检验判断，判断通过后再进行后续的切换和叠加处理，可有效降低输出未目标信号的风险。相较于传统通过外置键控设备辅以物理分配的方式进行多节点净信号调度的方法，本方法将无需再额外添置设备，极大的降低了成本，可使当前阶段利用率不高的切换台内置键控系统的利用率提升，且方便管理。

进一步的，步骤S4中具体如下：

若P1未超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号已完成帧同步；

若P1超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号未完成帧同步；

其中，P、P1、P2根据帧同步信号判断的历史数据进行设定，且P、P1、P2三者为绑定关系，即根据帧同步信号判断的历史数据，当P确定时，P1、P2也唯一确定。帧同步信号判断的历史数据包括但不限于帧同步信号判断的历史误判次数、帧同步信号判断的程序BUG。

上述方案中，对帧同步过程的检验判断进一步细化，避免检验判断出现误判；在本方案的试运行阶段，我们多次遇到误判现象，导致本方案的优越性降低，所以需设计该细化的验证环节，并根据帧同步信号判断的历史数据设定相应参数。

上述方案中，由于帧同步信号判断的程序BUG的存在，所以需要设计两个独立的运算单元，可有效避免极少数情况下出现的程序BUG问题引发的误判。

进一步的，步骤S2中具体如下：

若Q1未超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号已完成并行；

若Q1超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号未完成并行；

其中，Q、Q1、Q2根据并行信号判断的历史数据进行设定，且Q、Q1、Q2三者为绑定关系，即根据并行信号判断的历史数据，当Q确定时，Q1、Q2也唯一确定。并行信号判断的历史数据包括但不限于并行信号判断的历史误判次数、并行信号判断的程序BUG。并行的检验判断与帧同步的检验判断同理，也是我们在试运行阶段遇到过的问题，因为二者原理相同，此处就不再赘述。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3：将并行信号进行帧同步处理，得到帧同步信号；

S5：矩阵转换模块根据控制指令将帧同步信号、内部键信号、外部键信号进行切换和叠加处理，从而完成多节点净信号调度；

步骤S2中具体如下：

若Q1未超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号已完成并行；

若Q1超过Q2，则步骤S2判断所述并行信号未完成并行；

其中，Q、Q1、Q2根据并行信号判断的历史数据进行设定，且Q、Q1、Q2三者为绑定关系，即根据并行信号判断的历史数据，当Q确定时，Q1、Q2也唯一确定；

步骤S4中具体如下：

若P1未超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号已完成帧同步；

若P1超过P2，则步骤S4判断所述帧同步信号未完成帧同步；

其中，P、P1、P2根据帧同步信号判断的历史数据进行设定，且P、P1、P2三者为绑定关系，即根据帧同步信号判断的历史数据，当P确定时，P1、P2也唯一确定；

设定第一判断单元和第二判断单元，第一判断单元和第二判断单元功能相同但为独立运算单元，均用于判断所述帧同步信号是否完成帧同步；

2.如权利要求1所述的一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，所述控制指令基于FPGA完成逻辑编程。

3.如权利要求1所述的一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，所述内部键信号包括但不限于台标和副标图片。

4.如权利要求1所述的一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，所述外部键信号包括但不限于字幕和包装信号。

5.如权利要求1所述的一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，帧同步信号判断的历史数据包括但不限于帧同步信号判断的历史误判次数、帧同步信号判断的程序BUG。

6.如权利要求1所述的一种基于SDI视音频信号的多节点净信号调度方法，其特征在于，并行信号判断的历史数据包括但不限于并行信号判断的历史误判次数、并行信号判断的程序BUG。