CN202889489U - 一种视频信号交换矩阵系统及其系统主板和业务子板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种视频信号交换矩阵系统，包括依次连接的输入输出装置、业务管理装置、融合装置和交换控制装置，所述输入输出装置包括至少一种视频信号输入接口和至少一种视频信号输出接口。本实用新型解决了多视频规格接入、多类型传输接口共存和信号交换的问题。

Description

一种视频信号交换矩阵系统及其系统主板和业务子板

技术领域

本实用新型涉及智能安防和通信领域，尤其涉及视频信号接口间实现信号交换的系统及系统中的装置。

背景技术

随着传统安防领域的视频传输方案都是基于以太网线、铜轴电缆，在高清SDI等技术的快速发展下，光纤的使用越来越普及。并且有多种的视频规格，如CIF、D1、标清、高清等等，在这种新旧多业务类型多接口类型共存的情况下，一种同时可以解决以太网、铜轴和光纤的互联胡同、互相交换的系统，需求越来越迫切。

实用新型内容

为了解决现有技术无法实现不同类型视频信号接口间无法互联互通的技术问题，本实用新型提供了视频信号交换矩阵系统。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：

一种视频信号交换矩阵系统，包括依次连接的输入输出装置、业务管理装置、融合装置和交换控制装置，所述输入输出装置包括至少一种视频信号输入接口和至少一种视频信号输出接口。

进一步的，所述输入输出装置包括以太网接口模块、光信号接口模块、SDI模式BNC输入接口模块和模拟模式BNC输入接口模块中的至少一种。

进一步的，所述输入输出装置包括以太网接口模块、光信号接口模块、SDI模式BNC输出接口模块和模拟模式BNC输出接口模块中的至少一种。

进一步的，所述视频信号交换矩阵系统包括系统主板和业务子板；所述系统主板包括所述交换控制装置、插槽及其电极片、以及与所述电极片连接的所述融合装置；所述业务子板包括依次连接的所述输入输出装置、所述业务管理装置和所述金手指电路；所述业务子板与所述插槽配合，所述金手指电路与所述电极片相接。

进一步的，所述视频信号交换矩阵系统还包括与所述交换控制装置连接的控制接口。

本实用新型还提供用于上述视频信号交换矩阵系统中的业务子板，其包括依次连接的输入输出装置、业务管理装置和金手指电路。

本实用新型还提供用于上述视频信号交换矩阵系统中的系统主板，其包括插槽及其电极片、与所述电极片连接的融合装置和与融合装置连接的交换控制装置。

进一步的，所述系统主板包括与所述交换控制装置连接的控制接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用解决了当前多种传输媒质共存，并不能兼容的问题,解决这种多视频规格接入、多类型传输接口共存的问题，非常好的融合各种视频接入，迎合了当今智能安防组网的需求。本实用新型很好的解决了老旧铜轴的低速模拟视频的接入，三种速率以太网的IP网络视频信号的共存以及宽范围带宽的光纤视频信号的接入等问题。可以实现老旧铜轴接口（BNC），10/100/1000兆以太网接口（RJ45），1Mbps到6.5Gbps光纤接口(SC/FC)的任意交换、融合。

附图说明

图1是本实用新型实施例的视频信号交换矩阵系统功能示意图；

图2是本实用新型实施例中系统主板的结构示意框图；

图3是本实用新型实施例中业务子板的结构示意框图；

图4是本实用新型实施例中业务子板部分结构的示意框图；

图5是本实用新型实施例中数据帧的格式示意图；

图6是本实用新型实施例中无损输出多速率SDI信号的时钟去抖功能示意图；

图7是本实用新型实施例中融合装置的功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示的本实施例的视频信号交换矩阵系统，硬件上包括系统主板1和业务子板2。如图2所示，系统主板1包括若干插槽11及其电极片、与各电极片分别连的融合装置12、与融合装置12连接的交换控制装置13以及与交换控制装置13连接的控制接口14；如图3所示，业务子板包括依次连接的输入输出装置23、业务管理装置22和金手指电路21；系统主板1采用插卡式设计结构，将系统主板1平放在机箱内，业务子板2逐次插入系统主板的插槽11中，以钢板固定；业务子板2与插槽11对接以使金手指电路21与插槽11中的电极片接触从而相互传输信号。业务子板2的输入口接收多种视频信号，经其融合处理后输出至系统主板1，系统主板1将信号解码后根据交换策略重新融合和分配，即根据交换协议，将数据整合成各种接口支持的协议；再输出给业务子板2，业务子板2将该信号解码后，从指定的输出口输出，从而实现交换。

如图4所示，业务子板2的输入输出装置23包括若干种用于输入信号或输出信号的接口模块，例如：以太网接口模块，包括以太网输入输出接口231a（譬如RJ45水晶头）和与其连接的变压器231b；光信号接口模块，包括光纤输入输出接口232a和与其连接的光电转换模块232b，光电转换模块232b采用插拔式SFP光模块笼子组件，迎合不同速率等级的光信号，统一转换成LVPECL3.3V电信号；接同轴电缆的SDI（Serial Digital Interface，数字串行接口）模式BNC（Bayonet Nut Connector，刺刀螺母连接器）输入接口模块，包括SDI-BNC输入接口233a和与其连接的电缆均衡装置233b；接同轴电缆的SDI模式BNC输出接口模块，包括SDI-BNC输出接口234a和与其连接的电缆驱动装置234b；接同轴电缆的模拟模式BNC输入接口模块，包括模拟BNC输入接口235a和与其连接的A/D（模/数转换）转换器235b；以及，接同轴电缆的模拟模式的BNC输出接口模块，包括模拟BNC输出接口236a和与其连接的D/A（数/模转换）转换器236b。

如图4所示，业务子板2的业务管理装置22包括依次连接的收发处理模块221、缓存装置222、初成帧模块223a、多路数据8/10B编解码模块224和并串互转模块225，以及接于缓存装置222和多路数据8/10B编解码模块224之间的重解帧模块223b。收发处理模块221包括与以太网接口模块中的变压器231b连接的以太网PHY&MAC 221a，与光信号接口模块中的光电转换模块232b连接的光模块编解码模块221b，与SDI模式BNC输入接口模块的电缆均衡装置233b连接的三速率SDI解码模块221c，与SDI模式BNC输出接口模块的电缆驱动装置234b连接的三速率SDI编码模块221d，与模拟模式BNC输入接口模块的A/D转换器235b连接的视频采样判断模块221e，以及与模拟模式BNC输出接口模块的D/A转换器236b连接的视频成帧模块221f；以太网PHY&MAC 221a、光模块编码解码装置221b、三速率SDI解码模块221c、三速率SDI编码模块221d、视频采样判断模块221e和视频成帧模块221f分别接缓存装置222。业务管理装置22对输入信号的处理方式大体为：对于自输入输出装置23处发送来的不同视频信号，进行采样缓存，并统一编码成如图5所示的数据帧，将数据帧通过金手指电路21传输给系统主板1上的融合装置12，根据交换控制装置13中用户规定的交换要求进行通道选择。

以太网接口模块中的变压器231b将以太网的电平模式进行电平隔离，由以太网PHY&MAC 221a解析出以太网数据包，恢复出视频数据，存入缓存装置222；光信号接口模块中的光电转换模块232b将光信号和电信号进行互转，光模块编解码模块221b将光纤通道传输的数据进行解析出原始视频数据，存入缓存装置222；SDI模式BNC输入接口模块的电缆均衡装置233b是将同轴电缆传输过来的信号在模拟上进行一次整形，使得信号更加完整，利于接收端采样接收，三速率SDI解码模块221c对SDI模式BNC输入接口模块传来的视频信号进行速率判断，找到匹配的速率以适合接收；模拟模式BNC输入接口模块的模拟BNC输入接口235a传来的信号经A/D转换器235b将模拟信号转换成数字信号，之后，视频采样判断模块221e采用视频采样判断来接收出视频数据存入缓存装置222；视频成帧模块221f能将从缓存装置222中发送出的数据进行成帧，之后，经D/A转换器236b将数字信号转换为模拟信号，再向模拟BNC输出接口236a发送。图4是业务子板实现完整的多种视频融合的功能图，其中初成帧模块223a的功能就是将从缓存装置222中取出的数据打包成图5所示的数据帧，如图5所示，数据帧包含有帧头、交换策略、视频类型、各种视频内容和帧尾，其中帧头是用来同步帧，帧尾是用来校验帧是否有错误，交换策略主要包含视频交换的策略，例如由通道1（比如BNC接口）输入，交换到通道2（比如光纤接口）输出等；多路数据8/10B编解码模块224是在编码时将始自各输入接口处的8bit数据宽度的视频信号转换成10bit数据宽度的视频信号，再将其传输至并串互转模块225，在解码时将并串互转模块225发出的10bit数据宽度的视频信号转换成8bit数据宽度的视频信号，再向输出接口方向发送；并串互转模块225是将10bit数据宽度的数据转换成1bit数据宽度的数据，使用串行的方式传输至金手指电路21，或将自金手指电路21传递的1bit数据宽度的数据转换为10bit数据宽度的数据，再输出至多路数据8/10B编解码模块224。

以太网接口模块接收到以太网视频信号后，由业务管理装置22实现10/100/1000Mbps以太网信号的自适应接入，将业务管理装置22接收以太网信号后，业务管理装置22自适应判决以太网信号的速度等级，分配不同速率的时钟，来匹配电信号的传输：首先优先判断100Mbps，然后再10Mbps，最后1000Mbps，以此循环，一直到稳定得到与视频等级相匹配的时钟被恢复出来即判断出以太网信号的速度等级。

多速率SDI信号的可从同一通道的接入，接收SDI信号后，将输入的SDI信号送入业务管理装置22，业务管理装置22的三速率SDI解码模块221d自适应判决SDI视频信号的速度等级，分配不同速率的时钟，来匹配电信号的传输：首先优先判断HD-SDI，然后再SD-SDI，最后3G-SDI，以此循环，一直到稳定得到与视频等级相匹配的时钟被恢复出来即判断出SDI信号的速度等级。这样，即使本系统支持多塑料SDI信号的同一通道的接入。能这样做是因为SDI的接口里面传输的视频规格有多种，不同的视频规格它们的视频速度、以及图片尺寸是不一样的。

本实施例可无损的交换输出多速率SDI信号：SDI信号一旦被接收，视频同步的时钟将会增加很多倍的抖动。如图6所示，VCXO是一个晶体振荡器，而中间的数据接收和发送都是在多业务融合装置（FPGA）里面实现的。采用VCXO时钟芯片消除接收出来的SDI信号的时钟抖动，用再生的时钟（图6中的CLK_NEW就是再生时钟）去传输SDI信号，可达到高质量无损的SDI信号，以用于输出。

业务子板2上的业务管理装置22对视频信号进行处理主要是做视频的解析和成帧，业务子板上的业务管理装置做完成帧后交付给系统主板1上的融合装置12做进一步的分配和组合，再发给业务子板2的业务管理装置22进行解帧，之后输出。

输入输出装置23完成多种类型视频信号的接入和输出，如同轴电缆传入进来的模拟信号或者不同速率的SDI信号，如速率为270Mbps的SD-SDI信号、速率为1.485Gbps/1.4835Gbps的HD-SDI信号、速率为2.97Gbps/2.967Gbps的3G-SDI信号，或速率为10/100/1000Mbps的以太网信号，亦或速率为1M～6.5Gbps的光纤信号；然后所有种类信号通过业务管理装置22处理后，由业务子板2的金手指电路21传入系统主板1。同时，所有输入进来的业务信号皆做还回输出，即个将输入信号一分为二的功能，一个输出给下一步交换用，另外一个输出就是还回输出，还回输出的目的是为了扩展级联输出。光信号的还回输出是这样实现的，将通过光电转换模块转换后的LVPECL3.3V电信号送入一颗散出芯片FANOUT，将同一通道信号复制出两路，其中一路输入视频融合处理芯片供交换用，一路还出。

系统主板1的融合装置12，如图2所示，包括依次连接的初解帧模块121、融合分配模块122和重成帧模块123，融合分配模块122与交换控制装置13连接。如图2、图7所示，经业务子板2传送来的各种不同协议的视频信号进入融合装置12中的初解帧模块121进行解码，将解析出来的数据发送给融合分配模块122。解码的目的就是解帧，就是将多路视频合成的如图5所示的数据帧结构解析出来，分离出各路各种的视频数据。融合分配模块122按照交换控制装置13的控制，重新按照交换控制装置13规定需要交换的类型和通道进行融合和分配，然后输出给重成帧模块123。融合的目的是节省交换控制装置的通道数目，分配就是按照交换的需要将不同视频的内容组合。重成帧模块123将融合分配模块122处理后的信号按照如图5所示的数据帧的格式进行重新编码，在此基础上将低速率的多通道视频融合成一定高速率的数据协议，之后通过插槽11和金手指电路21传输给指定的业务子板2进行输出。

系统主板1可实现不同速率视频信号的互相转换，在交换控制装置13的控制下，融合装置12将不同速率的视频信号进行统计和赛选，系统主板1上的融合装置12进行多路视频的整合，以统一交换通道的带宽速度，同时节约交换通道路数，经过交换后再分解出多路视频信号。

如图5所示的数据帧格式，其包含有帧头、交换策略、视频类型、各种视频内容和帧尾，其中视频类型主要包含视频的种类，以此判断给予多少帧空间用来融合，并以此判断输出到哪些支持的通道。不同类型的视频规格，它们的大小，分辨率等都是固定的，只要知道是哪一种视频规格，就知道了它们需要的成帧空间。

系统主板1接收多块业务子板2传来的多路视频信号或者数据信号，经由用户选择或者设定的交换规则进行业务通道交换和选择。通过用户选择交换规则可以实现多路业务的完全交换，并且可以实现多路子业务合成、复制、拆分等操作。

本实施例的交换矩阵系统控制多种不同视频信号的时钟统一管理采用的方式是：使用可编程时钟芯片同时配合VCXO去抖晶振，根据输入输出不同视频规格，用可编程时钟芯片PLL产生出不同频率来匹配，同时产生出来的视频频率统一经由VCXO来去抖保证时钟质量。

本实施例的交换矩阵系统的业务子板2控制不同电平信号的互相转换：在收发端（业务子板有收有发，对于接收而言应对的是解帧，对于发送应对的是成帧）。各自设计不同电平（譬如CML1.2、CML2.5、LVDS2.5或LVPECL3.3）的相互转换电路，根据业务子板得到的收发视频格式来分配不同的电平匹配电路，使用MOSFET来开关各种匹配电路的组合。

本实施例的交换矩阵系统的控制可由系统主板1的控制接口14外接PC或者其他用户的控制设备实现。通过控制接口14可以设置交换策略，比如从哪路进来或者哪路出去，并且可以通过这个接口检测整个交换机内部系统主板和各业务子板的工作状态，譬如电源状态、时钟状态、温度状态等等，具体实施中是通过业务管理装置22或者融合装置12来监测这些工作状态的指示信号。控制接口14采用千兆网协议和PC通信，有PC软件管控和设置交换规则，并实时获取设备各级子板和系统主板的信息，目的是更加可靠、完善、稳定的管理整个交换设备。

本实施例的交换矩阵系统控制整机上电采用的顺序为：采用可编程电源管理芯片统一管理各路电源的开关使能信号，并结合MOSFET进行同一电源不同负载的开关控制，由单一芯片统一管理整机供电。

由于本实施例的交换矩阵系统功率较大。传统的采用ORing低电压选择模式将不适合使用。本系统在AC-DC端设计两路冗余电源，任何一路输入电源出现问题，将直接切换到另外一路电源进行供电，并且发出报警直到更换损坏的电源为止，达到高安全性的供电性能。

如上所云是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种视频信号交换矩阵系统，其特征在于：包括依次连接的输入输出装置（23）、业务管理装置（22）、融合装置（12）和交换控制装置（13），所述输入输出装置（23）包括至少一种视频信号输入接口和至少一种视频信号输出接口。

2.根据权利要求1所述的视频信号交换矩阵系统，其特征在于：所述输入输出装置（23）包括以太网接口模块、光信号接口模块、SDI模式BNC输入接口模块和模拟模式BNC输入接口模块中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的视频信号交换矩阵系统，其特征在于：所述输入输出装置包括以太网接口模块、光信号接口模块、SDI模式BNC输出接口模块和模拟模式BNC输出接口模块中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的视频信号交换矩阵系统，其特征在于：包括系统主板（1）和业务子板（2）；所述系统主板（1）包括所述交换控制装置（13）、插槽（11）及其电极片、以及与所述电极片连接的所述融合装置（12）；所述业务子板（2）包括依次连接的所述输入输出装置（23）、所述业务管理装置（22）和所述金手指电路（21）；所述业务子板（2）与所述插槽（11）配合，所述金手指电路（21）与所述电极片相接。

5.根据权利要求1所述的视频信号交换矩阵系统，其特征在于：还包括与所述交换控制装置（13）连接的控制接口（14）。

6.用于上述权利要求1-5中任一权利要求所述的视频信号交换矩阵系统中的业务子板，其特征在于：包括依次连接的输入输出装置（23）、业务管理装置（22）和金手指电路（21）。

7.用于上述权利要求1-5中任一权利要求所述的视频信号交换矩阵系统中的系统主板，其特征在于：包括插槽（11）及其电极片、与所述电极片连接的融合装置（12）和与融合装置（12）连接的交换控制装置（13）。

8.根据权利要求7所述的系统主板，其特征在于：包括与所述交换控制装置（13）连接的控制接口（14）。

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