CN115733950A - 一种超高清视频采集与编码系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高清视频采集与编码系统，包括：影像接收模块；影像处理模块，连接至影像接收模块且配置为接收来自影像接收模块的信号并对信号进行处理，其包括一个或多个FPGA；影像转换模块，连接至影像处理模块且配置为接收来自影像处理模块的信号并对信号进行转换，其包括一个或多个FPGA；影像编码模块，连接至影像转换模块且配置为接收来自影像转换模块的信号并对信号进行编码，其包括一个或多个ASIC；交换机模块，连接至影像编码模块且配置为接收来自影像编码模块的信号；数据处理模块，连接至交换机模块且配置为接收来自交换机模块的信号并对信号进行数据处理；输出模块，连接至数据处理模块且配置为接收来自数据处理模块的数据并对数据进行输出。

Description

一种超高清视频采集与编码系统

技术领域

本发明涉及一种超高清视频采集与编码系统，具体来说，涉及实时8K超高清视频采集与编码系统。

背景技术

目前电视主流为4K超高清分辨率的影像，但对8K超高清分辨率的影像的需求已经日益增加。8K超高清摄影机本身的输出主流格式为12G-SDI，但相对应的8K超高清视频采集与编码系统种类少、能耗低且成本高，这成为发展8K超高清产业的一个瓶颈。

因此，本发明的目的是提供一种能耗低且具有成本效益的超高清视频采集与编码系统，以促进8K超高清产业的发展。

发明内容

上述目的提供一种超高清视频采集与编码系统来解决，其包括：影像接收模块，其配置为接收超高清视频和音频信号；影像处理模块，其连接至所述影像接收模块，且配置为接收来自所述影像接收模块的信号并对该信号进行处理，所述影像处理模块包括一个或多个FPGA；影像转换模块，其连接至所述影像处理模块，且配置为接收来自所述影像处理模块的信号并对该信号进行转换，所述影像转换模块包括一个或多个FPGA；影像编码模块，其连接至所述影像转换模块，且配置为接收来自所述影像转换模块的信号并对该信号进行编码，所述影像编码模块包括一个或多个ASIC；交换机模块，其连接至所述影像编码模块，且配置为接收来自所述影像编码模块的信号；数据处理模块，其连接至所述交换机模块，且配置为接收来自所述交换机模块的信号并对该信号进行数据处理；输出模块，其连接至所述数据处理模块，且配置为接收来自所述数据处理模块的数据并对该数据进行输出。

在根据本发明的超高清视频采集与编码系统中，在影像处理模块中和影像转换模块中使用FPGA进行视频采集，并在影像编码模块中使用ASIC来满足处理视频的极度复杂的压缩所需的运算效能。这与现有技术的超高清视频采集与编码系统相比，降低了系统的能耗和成本。

在根据本发明的超高清视频采集与编码系统中，ASIC具有体积小且功耗小的优点，这有助于降低系统的能耗和成本。另外，在整合多颗ASIC的情况下，可以仅使用一组交换机模块(例如PCIE X16接口)，因此不需要使用具有多PCIE插槽(PCIE slot)的服务器，这进一步降低了系统的能耗和成本。

在一些实施例中，根据本发明的超高清视频采集与编码系统可以用于8K超高清视频采集与编码。

在一些实施例中，影像接收模块可以包括接收12G-SDI信号的12G-SDI模块。

在一些实施例中，12G-SDI模块可以包括12G-SDI连接器和自适应电缆均衡器。

在一些实施例中，12G-SDI模块的数量可以至少为4个。

在一些实施例中，影像处理模块可以配置为将来自所述12G-SDI模块的12G-SDI信号处理为四个3G-SDI信号。

在一些实施例中，影像转换模块可以配置为将来自影像处理模块的3G-SDI信号转换成与影像编码模块兼容的信号。

在一些实施例中，影像编码模块可以配置为依照HEVC规范对来自影像转换模块的兼容信号进行编码。

在一些实施例中，交换机模块可以包括PCI-E交换机。

在一些实施例中，输出模块可以包括以下中的一个或多个：有线网络接口，其可以配置为利用有线网络传送来自数据处理模块的数据；无线网络接口，其可以配置为利用无线网络传送来自数据处理模块的数据；存储器接口，其可以配置为存储来自所述数据处理模块的数据。

本发明内容描述了一些示例方面的特征，并且并非是对所公开主题的排他性或穷尽性的描述。在阅读以下详细描述并参考构成其一部分的附图后，本发明的附加的优点、特征和方面对本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

以下参考附图以举例的方式来进一步说明本发明的实施例，附图构成本说明书的一部分，在附图中：

图1是根据示例性实施例的超高清视频采集与编码系统的架构的示意性框图。

图2a和图2b是根据示例性实施例的信号处理过程的示意图。

具体实施方式

以下参考附图，对根据本发明的超高清视频采集与编码系统的架构和原理进行详细说明。

首先参考图1，其示意性地示出了根据示例性实施例的超高清视频采集与编码系统的架构。根据示例性实施例的超高清视频采集与编码系统的架构包括影像接收模块1，连接至影像接收模块1的影像处理模块2，连接至影像处理模块2的影像转换模块3，连接至影像转换模块3的影像编码模块4，连接至影像编码模块4的交换机模块5，连接至交换机模块5的数据处理模块6，以及连接至数据模块6的输出模块7、8和9。

在图1所示的示例性实施例中，影像接收模块1是12G-SDI模块，其配置为接收来自超高清摄影机的12G-SDI信号。SDI接口是一种数字分量串行接口，属于数字视频接口标准。目前SDI接口在摄像机行业广泛应用，从标清时代走到高清，再到超高清4K。SDI的接口主要是按照传输速率决定：SD-SDI：可传输720*576及以下分辨率信号；HD-SDI：可传输1080P30fps的信号；3G-SDI：可传输1080P 60fps的信号；12G-SDI：可传输4K 60fps的信号。对于4K视频的传输，通常可以将4根3G-SDI线缆整合为一根12G-SDI线缆。而对于8K视频的传输，则通常需要16根3G-SDI或4根12G-SDI线缆。

在图1所示的示例性实施例中，影像接收模块1包括4个12G-SDI模块，以如上所述用于8K视频的传输。应当理解的是，本发明不限于特定类型和特定数量的影像接收模块，而是可以根据实际需要进行增加、减少、替换或改变。另外，如本领域技术人员所通常理解的，12G-SDI模块通常可包括12G-SDI连接器和自适应电缆均衡器。

在一些实施例中，影像处理模块2包括至少一个FPGA和相应的存储器(例如DDR4内存，图中未示出)。影像处理模块2用于接收来自影像接收模块1的12G-SDI信号，并将12G-SDI信号转换成3G-SDI信号。

参考图2a，图2a示意性地示出了影像处理模块2对信号的处理过程。影像处理模块2接收通过影像接收模块1的四个12G-SDI模块输入的4个4K影像画面(如图2a最左侧的四个图案所示)，并通过影像处理模块2的FPGA组成8K影像画面(如图2a最右侧的图案所示)并将其存储在影像处理模块2的存储器中。

在一些实施例中，影像转换模块3包括至少一个FPGA。影像转换模块3用来接收影像处理模块2所提供的3G-SDI信号，并转换成与影像编码模块4模块兼容的信号。

参考图2b，图2b示意性地示出了影像处理模块2和影像转换模块3对信号的进一步的处理过程。影像处理模块2将8K影像画面存储在存储器中之后，影像处理模块2的FPGA将该8K影像分成4份4K影像，再将这4份4K影像例如通过16个3G-SDI的信号传送到影像转换模块3。影像转换模块3将16个3G-SDI信号转成影像编码模块4可接受的视讯接口(Videointerface)，并通过此接口传送给影像编码模块4进行编码。

在一些实施例中，影像编码模块4包括至少一个ASIC。影像编码模块4接收影像转换模块3提供的与之兼容的信号，并例如依照HEVC(High Efficiency Video Coding)视频压缩标准对信号进行编码，之后经由交换机模块5传送给数据处理模块6。

值得注意的是，ASIC具有体积小且功耗小的优点，有助于降低系统的能耗和成本。另外，在整合多颗ASIC的情况下，可以仅使用单个交换机模块5(例如PCIE X16接口)，因此不需要使用具有多PCIE插槽(PCIE slot)的服务器，这进一步降低了系统的能耗和成本。

在一些实施例中，数据处理模块6与输出模块7、8和9可以例如实现为计算处理系统(例如，X86系统架构)的部分，如本领域技术人员所理解的，该计算处理系统还包括为实现特定功能而所需的但未示出的其他元件、模块或组件。在本发明的实施例中，通过经由交换机模块5将计算处理系统与影像编码模块4整合在一起，还有助于降低兼容性问题。

如图1所示，数据处理模块6可将来自影像编码模块4的经压缩编码的数据进行处理，并经由适当的输出模块7、8和9进行影像的串流、存储输出等功能。

在示例性实施例中，输出模块7例如是有线网络接口(如RJ45端口)，其例如将处理后的数据通过有线网络进行影像的串流输出。

在示例性实施例中，输出模块8例如是通用串行接口总线(如USB3.0端口)，其例如可以连接至通信模块(例如，4G或5G通信模块)，以将处理后的数据通信无线网络进行影像的串流输出，其例如也可以连接至存储设备(例如各种便携式设备，如U盘等)以存储编码后的数据。

在示例性实施例中，输出模块9例如是M.2端口，其例如可以连接至通信模块(例如，4G或5G通信模块)，以将处理后的数据通信无线网络进行影像的串流输出，其例如也可以连接至存储设备(例如各种硬盘，如固态存储器等)以存储编码后的数据。

应当理解的是，虽然在图1的示例性实施例中将输出模块7、8和9分别示出为RJ45端口、USB 3.0端口和M.2端口，但对于本领域技术人员显而易见的是，可以采用各种其他有线网络接口、无线网络接口或存储器接口。

综上所述，本发明提供了一种超高清视频采集与编码系统，其利用包括FPGA的影像处理模块和影像转换模块对接收到的12G-SDI信号进行处理和转换，并提供给包括ASIC的影像编码模块进行压缩编码，再利用交换机模块传输给数据处理模块，最后利用输出模块进行影像的串流输出。

尽管已经参考上述实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离如所附的权利要求所限定的本发明的理念和范围的情况下，可以做出各种改变。

虽然本说明书包含许多具体的实现方式细节，但是这些不应该被解释为本发明要求保护的范围的限制，而是作为针对于特定实施例的特征的描述。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定，而不限于前面描述的实施例。

Claims (10)

1.一种超高清视频采集与编码系统，包括：

影像接收模块，其配置为接收超高清视频和音频信号；

影像处理模块，其连接至所述影像接收模块，且配置为接收来自所述影像接收模块的信号并对该信号进行处理，所述影像处理模块包括一个或多个FPGA；

影像转换模块，其连接至所述影像处理模块，且配置为接收来自所述影像处理模块的信号并对该信号进行转换，所述影像转换模块包括一个或多个FPGA；

影像编码模块，其连接至所述影像转换模块，且配置为接收来自所述影像转换模块的信号并对该信号进行编码，所述影像编码模块包括一个或多个ASIC；

交换机模块，其连接至所述影像编码模块，且配置为接收来自所述影像编码模块的信号；

数据处理模块，其连接至所述交换机模块，且配置为接收来自所述交换机模块的信号并对该信号进行数据处理；

输出模块，其连接至所述数据处理模块，且配置为接收来自所述数据处理模块的数据并对该数据进行输出。

2.如权利要求1所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述超高清视频采集与编码系统用于8K超高清视频采集与编码。

3.如权利要求2所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述影像接收模块包括接收12G-SDI信号的12G-SDI模块。

4.如权利要求3所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述12G-SDI模块包括12G-SDI连接器和自适应电缆均衡器。

5.如权利要求4所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述12G-SDI模块的数量至少为4个。

6.如权利要求3-5所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述影像处理模块配置为将来自所述12G-SDI模块的12G-SDI信号处理为3G-SDI信号。

7.如权利要求6所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述影像转换模块配置为将来自所述影像处理模块的3G-SDI信号转换成与所述影像编码模块兼容的信号。

8.如权利要求7所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述影像编码模块配置为依照HEVC规范对来自所述影像转换模块的兼容信号进行编码。

9.如权利要求1所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述交换机模块包括PCI-E交换机。

10.如权利要求9所述的超高清视频采集与编码系统，其中，所述输出模块包括以下中的一个或多个：

有线网络接口，其配置为利用有线网络传送来自所述数据处理模块的数据；

无线网络接口，其配置为利用无线网络传送来自所述数据处理模块的数据；

存储器接口，其配置为存储来自所述数据处理模块的数据。

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