CN201156777Y - 实时视频/音频处理系统 - Google Patents

Abstract

一种实时视频/音频处理系统，它包括一字幕叠加处理器和一视音频采集/回放处理器，所述字幕叠加处理器和视音频采集/回放处理器与PCI EXPRESS总线接口通信连接，所述视频输入端口经视频解码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述视频输出端口经视频编码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述音频输入输出端口通过音频编解码器与视音频采集/回放处理器进行数据传送。本实用新型能够完成视音频采集和回放的同时处理与字幕叠加功能，同时处理速度更快，占用系统资源更少，很好的完成视音频的实时处理，该处理系统可用于现有视频服务器计算机主板中基于PCIEXPRESS总线插槽的实时视频/音频处理卡的模块化集成，克服现有视音频板卡技术上的缺陷。

Description

实时视频/音频处理系统

技术领域

本实用新型属于广播电视行业视音频制作播出设备领域，具体的涉及一种用于视频服务器主板的实时视频/音频处理系统。

背景技术

现有的视频/音频处理卡，都是基于PCI总线技术，完成视音频的采集、回放和字幕叠加，且视频/音频的采集和回放不能做到同时进行处理。随着现代多媒体技术的发展，视音频数据量越来越大，由于PCI总线本身技术上的限制，现有的基于PCI总线技术的视频/音频处理卡处理速度较慢，且占用系统资源很大，已经成为视音频实时处理的瓶颈。而随着计算机技术的日新月异，PCI总线技术已经有慢慢被具有更高处理速度的PCIEXPRESS总线技术所取代的趋势，目前较新型的计算机主板已经更多的配置PCIEXPRESS总线插槽。

PCIEXPRESS总线是新一代的总线接口，采用了点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种克服现有视音频板卡技术上的缺陷，基于PCIEXPRESS总线技术、结构化、模块化、高效的实时视频/音频处理系统，它能够完成视音频采集和回放的同时处理与字幕叠加功能，同时处理速度更快，占用系统资源更少，很好的完成视音频的实时处理。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种实时视频/音频处理系统，包括PCI EXPRESS总线接口、视频输入、输出端口和音频输入输出端口，其特征在于所述实时视频/音频处理系统包括一字幕叠加处理器和一视音频采集/回放处理器，所述字幕叠加处理器和视音频采集/回放处理器与PCI EXPRESS总线接口通信连接，所述视频输入端口经视频解码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述视频输出端口经视频编码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述音频输入输出端口通过音频编解码器与视音频采集/回放处理器进行数据传送。

具体的讲，所述字幕叠加处理器为现场可编程门阵列FPGA，所述视音频采集/回放处理器为数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP配置有视频采集/显示接口和音频输入、输出接口。

所述视音频采集/回放处理器连接配置程序存储器和数据缓存器，所述程序存储器用作视音频采集/回放处理器的外部加载程序存储，所述数据缓存器存储视音频采集/回放处理器处理的数据。

所述字幕叠加处理器通讯连接一单片机，所述字幕叠加处理器与单片机共同完成所述处理系统中各个芯片和板卡功能初始化，并接受经过PCI EXPRESS总线接口连接的视频服务器的功能设置。

所述字幕叠加处理器通讯连接一数据存储器，所述数据存储器用来存储字幕叠加处理器进行处理的中间数据。

所述字幕叠加处理器通讯连接一SDI接口，所述SDI接口用于与外部数字视频板卡的视频数据传输交换。

所述音频编码解码器通过视音频时钟同步电路连接字幕叠加处理器，所述视音频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视频和音频的同步。

该实时视频/音频处理系统可用于实时视频/音频处理卡的集成制造，主要组成器件可包括对外部模拟视频的视频解码器，对回放数据的视频编码器，对外部输入音频的解码和输出音频编码的音频编解码器，对解码后的视音频数据的采集和视频服务器处理后的视音数据回放的视音频采集/回放处理器，对视频数据处理的字幕叠加处理器，与视频服务器与视频服务器PCI EXPRESS总线进行数据交换的PCI EXPRESS总线接口，以及与外部数字视频输入输出连接的SDI接口等，视音频数据采集/回放处理器采用DSP数字信号处理器，DSP(digitalsingnal processor)数字信号处理器是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，源源超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度是最显著的两大特点。

视频数据的字幕叠加处理器采用现场可编程门阵列FPGA，且此FPGA可与视频服务器计算机进行控制信息交换，和单片机共同完成逻辑和功能控制。FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

PCI EXPRESS总线接口能够完成视音频数据采集/回放处理器、视频数据的字幕叠加处理器与视频服务器通过PCI EXPRESS总线进行数据和指令信息交换。

本实用新型的有益效果在于，该实时视频/音频处理系统能够完成视音频采集和回放的同时处理与字幕叠加功能，同时处理速度更快，占用系统资源更少，很好的完成视音频的实时处理，该处理系统可用于现有视频服务器计算机主板中基于PCIEXPRESS总线插槽的实时视频/音频处理卡的模块化集成，克服现有视音频板卡技术上的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的电路连接及信号流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，该实时视频/音频处理系统集成于一实时视频/音频处理卡上，PCI EXPRESS总线接口为一与PCI EXPRESS总线插槽配合的插口，PCIEXPRESS总线插槽为位于视频服务器计算机主板上的配置。整个实时视频/音频处理系统包括PCI EXPRESS总线接口、视音频采集/回放处理器、字幕叠加处理器、视频解码器、数据存储器、单片机、视频编码器、视音频时钟同步电路、音频编解码器、数据缓存器、程序存储器、SDI接口。

字幕叠加处理器和视音频采集/回放处理器与PCI EXPRESS总线接口通信连接，视频输入端口经视频解码器与字幕叠加处理器进行数据传送，视频输出端口经视频编码器与字幕叠加处理器进行数据传送，音频输入输出端口通过音频编解码器与视音频采集/回放处理器进行数据传送。字幕叠加处理器为现场可编程门阵列FPGA，视音频采集/回放处理器为数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP配置有视频采集/显示接口和音频输入、输出接口。

本实用新型中，视音频采集/回放处理器101采用数字信号处理器DSP，达到视音频实时采集/回放的同时处理，型号为TMS320DM642，此款DSP为TI公司设计的高效多媒体处理器，其处理速度可以达到5760MIPS，其拥有专用视频采集/显示接口和音频输入输出接口，且利用EDMA技术使数据的处理更加高效，完全能够达到设计要求。程序存储器用作DSP的外部加载程序存储，数据缓存器存储DSP处理的数据，待发送给视频服务器或视频编码器。

字幕叠加处理器采用的是Altera公司的FPGA，型号为EP1C6。字幕叠加处理器完成视频服务器对视频数据进行字幕叠加的功能，同时它与单片机共同完成各个芯片和板卡功能初始化，以及接受视频服务器的各功能设置。当系统复位无效时，单片机开始运行，首先开始读取FLASH中的数据，FLASH中存储板卡的各种功能的状态数据，其中包括：同步方式(自由运行、外同步、信号源同步)，信号源(复合、YC、分量、SDI)，行相位，场相位、亮度，对比度，色调，饱和度，信号制式(PAL、NTSC)，锁相方式(VTR、TV)，副载波相位，音量。当读取完这些参数时，单片机用这些参数初始化各芯片。然后单片机处于主模式，单片机向FPGA传送如下数据：同步方式、信号源、行相位、场相位、信号制式。传送完这些参数后，单片机进入从模式，接着单片机回读初始化芯片的参数，若数值不对，则相应的发光二极管开始闪烁。以后所有参数的变化，由FPGA接收来自视频服务器发来的控制命令进行控制。FPGA检测到系统复位无效时，开始运行。复位的一些参数初始值如下：同步方式自由运行，信号源为复合信号，行相位为128，场相位为128，信号制式为PAL制。然后FPGA等待MCU的初始化。初始化完成后，FPGA参数的变化由视频服务器发来的控制命令进行控制。数据存储器用来存储FPGA进行处理的中间数据，FPGA与SDI接口完成本实用新型与数字视频板卡的视频数据传输交换。

PCI EXPRESS总线接口所用芯片为PEX8111，此桥接芯片完成视音频采集/回放处理器所用DSP和字幕叠加处理器所用FPGA与视频服务器通过PCIEXPRESS总线进行数据交换。采用PCIEXPRESS总线技术，处理速度更快，占用计算机系统资源更少。

视频解码器采用芯片为TVP5147，此芯片采用10位采样，将CVBS或YC或分量信号解码成ITU-656视频数据输入字幕叠加处理器中的FPGA，经过FPGA的视频数据选择送给视音频采集/回放处理器进行数据采集。视频编码器采用芯片为SAA7128H，视音频采集/回放处理器将回放的ITU-656视频数据经字幕叠加处理器进行数据选择后由此芯片编码为CVBS或YC或分量信号输出。

音频编解码器采用芯片CS4272，此芯片同时具有编码和解码功能，完成音频信号的编码成IIS信号输送给视音频采集/回放处理器的音频采集口，并将回放的IIS信号解码成音频信号输出。视音频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视音频时钟同步，使本系统能够对视音频数据同步处理。

本实用新型可以用在广播电视行业视频制作播出领域，当用在电视台制作播出系统中时，采用该系统模块集成的实时视频/音频处理插在视频服务器主板的PCI EXPRESS总线插槽中，待播出的视频信号经过本卡采集到视频服务器，然后可以经过本卡进行字幕叠加、台标叠加和其他的处理后播出，同时可以应用本卡进行回放监视，可以做到实时采集、字幕叠加和回放监视，且占用较少的视频服务器系统资源。同样，本卡也可以应用在视频点播等视频播出系统中。

Claims (8)

1.一种实时视频/音频处理系统，包括PCI EXPRESS总线接口、视频输入、输出端口和音频输入输出端口，其特征在于所述实时视频/音频处理系统包括一字幕叠加处理器和一视音频采集/回放处理器，所述字幕叠加处理器和视音频采集/回放处理器与PCI EXPRESS总线接口通信连接，所述视频输入端口经视频解码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述视频输出端口经视频编码器与字幕叠加处理器进行数据传送，所述音频输入输出端口通过音频编解码器与视音频采集/回放处理器进行数据传送。

2.根据权利要求1所述的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述字幕叠加处理器为现场可编程门阵列FPGA，所述视音频采集/回放处理器为数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP配置有视频采集/显示接口和音频输入、输出接口。

3.根据权利要求2所述的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述视音频采集/回放处理器连接配置程序存储器和数据缓存器，所述程序存储器用作视音频采集/回放处理器的外部加载程序存储，所述数据缓存器存储视音频采集/回放处理器处理的数据。

4.根据权利要求1所述的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述字幕叠加处理器通讯连接一单片机，所述字幕叠加处理器与单片机共同完成所述处理系统中各个芯片和板卡功能初始化，并接受经过PCI EXPRESS总线接口连接的视频服务器的功能设置。

5.根据权利要求1所述的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述字幕叠加处理器通讯连接一数据存储器，所述数据存储器用来存储字幕叠加处理器进行处理的中间数据。

6.根据权利要求1所述的的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述字幕叠加处理器通讯连接一SDI接口，所述SDI接口用于与外部数字视频板卡的视频数据传输交换。

7.根据权利要求1所述的的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述音频编码解码器通过视音频时钟同步电路连接字幕叠加处理器，所述视音频时钟同步电路采用芯片MK2745完成视频和音频的同步。

8.根据权利要求1所述的的实时视频/音频处理系统，其特征在于所述实时视频/音频处理系统集成于一实时视频/音频处理卡上，所述PCI EXPRESS总线接口为一与PCI EXPRESS总线插槽配合的插口。

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