CN207070236U - 基于ip的音视频控制无损传输和交换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统。该系统中，编码和封装装置用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备。拼接器用于对视频数据进行处理，以实现视频的拼接。数模矩阵用于对输入视频源进行切换。解码和解封装装置用于从交换设备接收封装后的IP报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码。交换设备分别与编码和封装装置、拼接器、数模矩阵、解码和解封装装置及主控装置相连。主控装置用于对编码和封装装置、数模矩阵、解码和解封装装置、拼接器及交换设备进行管理和控制。

Description

基于IP的音视频控制无损传输和交换系统

技术领域

本实用新型涉及视频处理技术领域，尤其是涉及一种基于IP 的音视频控制无损传输和交换系统。

背景技术

目前，分布式和集中式系统各具特点，还无法做到谁完全取代谁。并且，当前分布式系统在图像质量，传输延时，系统同步等都存在不足。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何实现分布式和集中式设备的互补，提高集成度的技术问题，提供一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统。

为了实现上述目的，提供以下技术方案：

一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统，该系统包括：

编码和封装装置，用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备；

解码和解封装装置，用于从交换设备接收封装后的IP报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码；

交换设备，分别与编码和封装装置、拼接器、数模矩阵、解码和解封装装置及主控装置相连；

主控装置，用于对编码和封装装置、数模矩阵、解码和解封装装置、拼接器及交换设备进行管理和控制。

优选地，主控装置具体用于通过在IP广播数据包中设置识别码的方式并结合IGMPsnooping方式对视频数据进行交换，从而对编码和封装装置、数模矩阵、解码和解封装装置、拼接器及交换设备，进行参数设置、工作状态查询以及视频组播业务的配置；

拼接器，用于对视频数据进行处理，以实现视频的拼接；

数模矩阵，用于对输入视频源进行切换。

优选地，主控装置还具体用于采用UDP通信方式并通过握手和超时重传方式实现与编码和封装装置、数模矩阵、解码和解封装装置、拼接器及交换设备之间的数据交互。

优选地，编码和封装装置具体包括：

视频接收模块，用于接收视频源；

视频编码模块，用于对接收的视频源进行编码；

打包模块，用于对编码后的视频源进行打包封装；

第一控制模块，用于与打包模块和第一接口模块进行数据交互；

第一接口模块，用于将接收的视频源发送至第一控制模块。

优选地，该系统还包括预监模块；其中：

编码和封装装置，用于产生低像素低带宽的预监视频数据；

预监模块，用于接收并检测低像素低带宽的预监视频数据；

主控装置，还用于根据网络带宽配置预监视频的分辨率和帧率，并对预监视频数据的链路进行管理。

优选地，解码和解封装装置具体包括：

数据解析模块，用于对接收到的视频进行解封装；

解码模块，用于对解封装后的视频数据进行解码；

视频输出模块，用于输出解码后的视频；

第二控制模块，用于实时监测解码模块输入的视频数据包流水号，并通过CRC校验的方式来对解码模块进行保护，还与第二接口模块进行数据交互；

第二接口模块，用于向第二控制模块发送视频源。

优选地，拼接器和数模矩阵分别包括：

转换装置，分别与数模矩阵和拼接器无缝对接，并用于将视频数据与背板协议相互转换。

优选地，转换装置具体包括：背板接口、音视频协议转换模块、视频解码模块、网口、第三控制模块以及视频、音频、KVM数据包解析模块；其中，第三控制模块分别与音视频协议转换模块、视频解码模块及视频、音频、KVM数据包解析模块进行数据交互；视频、音频、KVM数据包解析模块与网口进行数据交互；视频、音频、KVM数据包解析模块与网口将输出数据分别发送至音视频协议转换模块和视频解码模块；视频解码模块将处理后的数据传输至音视频协议转换模块；音视频协议转换模块对从视频、音频、KVM数据包解析模块和视频解码模块接收的数据进行处理，并将处理结果输出至背板接口。

优选地，转换装置为视频编解码卡。

优选地，编码和封装装置和/或解码和解封装装置为KVM网络发送器。

本实用新型提供一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统。该系统包括编码和封装装置、拼接器、数模矩阵、解码和解封装装置、交换设备和主控装置。其中，编码和封装装置用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备。拼接器用于对视频数据进行处理，以实现视频的拼接。数模矩阵用于对输入视频源进行切换。解码和解封装装置用于从交换设备接收封装后的IP 报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码。交换设备分别与编码和封装装置、拼接器、数模矩阵、解码和解封装装置及主控装置相连。主控装置用于对编码和封装装置、数模矩阵、解码和解封装装置、拼接器及交换设备进行管理和控制。通过采用该技术方案，本实用新型解决了如何实现分布式和集中式设备的互补，提高集成度的技术问题，给设备安装带来了极大便利，同时可以与传统的矩阵和拼接器实现无缝对接。

附图说明

图1为根据本实用新型的基于IP的音视频控制无损传输和交换系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型的另一基于IP的音视频控制无损传输和交换系统的结构示意图；

图3为根据本实用新型的编码和封装装置的结构示意图；

图4为根据本实用新型的预监模块的应用示意图；

图5为根据本实用新型的解码和解封装装置的结构示意图；

图6为根据本实用新型的转换装置的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提供另一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统，如图1所示，该系统10包括：编码和封装装置11、解码和解封装装置14、主控装置16和交换设备15。其中，编码和封装装置11用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备。解码和解封装装置14用于从所述交换设备接收所述封装后的 IP报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码。主控装置16用于对所述编码和封装装置、所述解码和解封装装置、进行管理和控制。交换设备15分别与所述编码和封装装置、所述解码和解封装装置及服务器相连。

其中，上述主控装置16可以为服务器。

通过采用上述技术方案，本实用新型实现了图像画质高、传输延时低、节点规模大和系统扩展性强的优点。

本实用新型提供另一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统，如图2所示，该系统10包括编码和封装装置11、拼接器12、数模矩阵13、解码和解封装装置14、交换设备15和主控装置16。其中，编码和封装装置11用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备。拼接器12用于对视频数据进行处理，以实现视频的拼接。数模矩阵13用于对输入视频源进行切换。解码和解封装装置14用于从交换设备接收封装后的IP报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码。交换设备15分别与编码和封装装置11、拼接器12、数模矩阵13、解码和解封装装置14及主控装置16相连。主控装置16用于对编码和封装装置11、数模矩阵13、解码和解封装装置 14、拼接器12及交换设备15进行管理和控制。

其中，编码和封装装置11可以采用图像无损压缩的方式对视频源进行处理。通过编码和封装装置11可以根据网络总带宽灵活配置压缩率，保证视频数据可以在网络环境中无损传输。同时，该装置还实现了KVM信号和音频信号的采样和发送。其中，图像无损压缩的方式例如可以通过H.264、WMV9、JPEG等图像无算压缩算法实现。

优选地，编码和封装装置11可以为KVM(keyboard键盘,video显示器,mouse鼠标)网络发送器。该KVM网络发送器例如可以通过现场可编程逻辑器件(CPLD或FPGA等)来实现。其中，有关KVM 的技术内容可以参考《基于IP的KVM技术在信息网络中心机房的应用》，网络技术，信息与电脑，2013年2月，韩明雅，聂恩旺。该参考文献的内容在此以引用的方式结合于此。

其中，解码和解封装装置14可以采用图像无损压缩的方式来保证视频数据可以在网络环境中无损接收。其中，图像无损压缩的方式例如也可以通过H.264、WMV9、JPEG等图像无算压缩算法实现。解码和解封装装置14的工作原理与编码和封装装置相逆，可以参考编码和封装装置的有关说明。

上述实施例中，交换设备15例如可以为网络交换设备、交换机组。主控装置包括但不限于流媒体主控装置、集群主控装置。

数模矩阵13包括但不限于CIF混合数字矩阵(模拟视频输入及DVR压缩视频输入)、D1混合数字矩阵(模拟视频输入及IPC视频输入)及高清混合数字矩阵(模拟视频输入及百万高清网络摄像机输入)，用于无雪花、无抖动地将任一路/多路视频信号切换到任一路/多路上。上述数模矩阵可以采用本领域的标准产品，也可以根据以下参考文献来实现：《基于FPGA的音频交换混合矩阵设计与实现》电子器件，第33卷第2期，2010年4月。该参考文献的内容在此以引用的方式结合于此。

在实际应用中，拼接器12和数模矩阵13可以包括转换卡。

在一个优选的实施例中，主控装置16具体用于通过在IP广播数据包中设置识别码的方式并结合IGMP snooping(互联网组管理协议窥探)方式对视频数据进行交换，从而对编码和封装装置11、数模矩阵 13、解码和解封装装置14、拼接器12及交换设备15，进行参数设置、工作状态查询以及视频组播业务的配置。

举例来说，假如为节点A、B分别配置以下识别码：T0011、 T0012。对节点(例如：编码和封装装置11、数模矩阵13、解码和解封装装置14或接器12)进行管理时，当节点接收到IP广播数据包后，可以根据识别码来确定该数据包是否属于自己。由此，简化了发送IP广播数据包的种类，同时还可以让各个节点同时收到属于自己的命令。

通过上述优选实施例，可以实现大规模节点的管理和命令实时下发工作，优化了控制流程，简化了传统的TCP/IP控制方式。

在另一个优选的实施例中，主控装置16还具体用于采用UDP通信方式并通过握手和超时重传方式实现与编码和封装装置11、数模矩阵13、解码和解封装装置14、拼接器12及交换设备15之间的数据交互。

本优选实施例通过采用UDP通信方式并结合握手和超时重传方式，可以实现视频数据的可靠性传输。

在一个优选的实施例中，编码和封装装置11具体可以包括：视频接收模块、视频编码模块、打包模块、第一控制模块和第一接口模块。其中，视频接收模块用于接收视频源。视频编码模块用于对接收的视频源进行编码。打包模块用于对编码后的视频源进行打包封装。第一控制模块用于与打包模块和第一接口模块进行数据交互。第一接口模块用于将接收的视频源发送至第一控制模块。

上述第一接口模块包括但不限于音频接口、视频接口、网口和USB接口。

图3示例性地示出了编码和封装装置的结构示意图。其中，编码和封装装置包括音频接口、视频接口、USB接口、网口、视频输入模块、视频编码模块、第一控制模块以及视频、音频、数据打包模块。

在一个优选的实施例中，上述系统还可以包括预监模块。其中，编码和封装装置11用于产生低像素低带宽的预监视频数据。预监模块用于接收并检测低像素低带宽的预监视频数据。主控装置16还用于根据网络带宽配置预监视频的分辨率和帧率，并对预监视频数据的链路进行管理。

图4示例性地示出了预监模块的应用示意图，其中示出了预监模块的工作原理。预监服务模块建立连接并等待应答及等待预监数据，对预监模块进行参数配置，并进行应答完成操作，然后预监模块建立连接，并对编码模块进行参数配置并且使能，接着，编码模块发送预监数据；如果预监服务模块等待应答失败，则进行告警，并重试建立连接；如果预监服务模块等待预监数据失败，则进行告警，并重试建立连接。预监服务模块进行维护连接，并向预监模块发送心跳包。预监模块等待心跳包，如果成功，则进入空闲状态；如果失败，则删除连接，进入未连接状态。预监服务模块定时检测接收预监数据，如果失败，则进入状态7，发出删除连接命令，删除连接，并向预监模块发送删除连接命令并等待预监模块的应答，如果等待应答失败，则退出。

本优选实施例通过建立预监链路，并维护该链路的流程，在不造成容错能力下降的情况下，优化了视频数据的流程。

在一个优选的实施例中，解码和解封装装置14具体可以包括：数据解析模块、解码模块、视频输出模块、第二控制模块和第二接口模块。其中，数据解析模块用于对接收到的视频进行解封装。解码模块用于对解封装后的视频数据进行解码。视频输出模块用于输出解码后的视频。第二控制模块用于实时监测所述解码模块输入的视频数据包流水号，并通过CRC校验的方式来对所述解码模块进行保护，还与第二接口模块进行数据交互。第二接口模块用于向所述第二控制模块发送所述视频源。

上述第二接口模块包括但不限于音频接口、视频接口、网口和USB接口。

第二控制模块通过实时监测解码模块输入的视频数据包流水号，并通过CRC校验的方式来对解码模块进行保护，使得不出现一个视频行出错而导致花瓶的现象。

上述解码和解封装装置14实现了KVM信号和音频信号的接收和还原。

更优选地，上述解码和解封装装置14可以为KVM网络接收器。该KVM网络发送器例如可以通过现场可编程逻辑器件(例如： CPLD、FPGA)来实现。

图5示例性地示出了解码和解封装装置的结构示意图。其中，解码和解封装装置包括音频接口、视频接口、USB接口、网口、视频输出模块、视频解码模块、第二控制模块以及视频、音频、KVM数据包解析模块。

在一个优选的实施例中，拼接器12和数模矩阵13分别可以包括转换装置。其中，转换装置分别与数模矩阵和拼接器无缝对接，并用于将视频数据与背板协议相互转换。

更优选地，转换装置为视频编解码卡。

图6示例性地示出了转换装置的结构示意图。其中，转换装置包括背板接口、音视频协议转换模块、视频解码模块、网口、第三控制模块以及视频、音频、KVM数据包解析模块。其中，第三控制模块分别与音视频协议转换模块、视频解码模块及视频、音频、KVM数据包解析模块进行数据交互；视频、音频、KVM数据包解析模块与网口进行数据交互；视频、音频、KVM数据包解析模块与网口将输出数据分别发送至音视频协议转换模块和视频解码模块；视频解码模块将处理后的数据传输至音视频协议转换模块；音视频协议转换模块对从视频、音频、KVM 数据包解析模块和视频解码模块接收的数据进行处理，并将处理结果输出至背板接口。

通过转换装置，可以将拼接器和数模矩阵设备加入到视频无损传输的网络中。

本实用新型通过采用上述技术方案解决了如何实现分布式和集中式设备的互补，提高集成度的技术问题，还解决了高清视频信号在网络中低延时，高画质传输，以及输入输出节点和传统音视频设备在网络中共享和互联的问题，可实现在网络系统中，对输入视频信号的无损压缩，并且融合了分布式和传统音视频设备之间的路由，能够实现对大于1000路视频信号的跨多个设备的路由、切换、拼接的功能，并且可以实现音频的同步传输，KVM信号的实时控制和切换，给设备安装带来了极大便利，同时可以与传统的矩阵和拼接器实现无缝对接。

需要说明的是，本实用新型不对图1所示各个模块的数量进行限定，其可以有任意的数量。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于IP的音视频控制无损传输和交换系统，其特征在于，图像画质高，传输延时低，节点规模大，系统扩展性强；

所述系统包括：

编码和封装装置，用于对视频源进行无损压缩编码和IP报文封装，并将封装后的IP报文发送至交换设备；

解码和解封装装置，用于从所述交换设备接收所述封装后的IP报文，对其进行解封装，并对解封装后的视频数据进行解码；

主控装置，用于对所述编码和封装装置、所述解码和解封装装置、进行管理和控制；

交换设备，分别与所述编码和封装装置、所述解码和解封装装置及服务器相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控装置具体用于通过在IP广播数据包中设置识别码的方式并结合IGMP snooping方式对所述视频数据进行交换，从而对所述编码和封装装置、所述解码和解封装装置、所述交换设备，进行参数设置、工作状态查询以及视频组播业务的配置；所述系统强大的扩展性可以实现与拼接器、数模矩阵对接，组成更大规模的音视频控制和交换系统；

所述拼接器，用于对所述视频数据进行处理，以实现视频的拼接；

所述数模矩阵，用于对输入视频源进行切换。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控装置还具体用于采用UDP通信方式并通过握手和超时重传方式实现与所述编码和封装装置、所述数模矩阵、所述解码和解封装装置、所述拼接器及所述交换设备之间的数据交互。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码和封装装置具体包括：

视频接收模块，用于接收所述视频源；

视频编码模块，用于对接收的视频源进行编码；

打包模块，用于对编码后的视频源进行打包封装；

第一控制模块，用于与所述打包模块和第一接口模块进行数据交互；

所述第一接口模块，用于将接收的所述视频源发送至所述第一控制模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预监模块；其中：

所述编码和封装装置，用于产生低像素低带宽的预监视频数据；

所述预监模块，用于接收并检测所述低像素低带宽的预监视频数据；

所述主控装置，还用于根据网络带宽配置预监视频的分辨率和帧率，并对所述预监视频数据的链路进行管理。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述解码和解封装装置具体包括：

数据解析模块，用于对接收到的视频进行解封装；

解码模块，用于对解封装后的视频数据进行解码；

视频输出模块，用于输出解码后的视频；

第二控制模块，用于实时监测所述解码模块输入的视频数据包流水号，并通过CRC校验的方式来对所述解码模块进行保护，还与第二接口模块进行数据交互；

所述第二接口模块，用于向所述第二控制模块发送所述视频源。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述拼接器和所述数模矩阵分别包括：

转换装置，分别与所述数模矩阵和所述拼接器无缝对接，并用于将所述视频数据与背板协议相互转换。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换装置具体包括：背板接口、音视频协议转换模块、视频解码模块、网口、第三控制模块以及视频、音频、KVM数据包解析模块；其中，所述第三控制模块分别与所述音视频协议转换模块、所述视频解码模块及所述视频、音频、KVM数据包解析模块进行数据交互；所述视频、音频、KVM数据包解析模块与所述网口进行数据交互；所述视频、音频、KVM数据包解析模块与所述网口将输出数据分别发送至所述音视频协议转换模块和所述视频解码模块；所述视频解码模块将处理后的数据传输至所述音视频协议转换模块；所述音视频协议转换模块对从所述视频、音频、KVM数据包解析模块和所述视频解码模块接收的数据进行处理，并将处理结果输出至所述背板接口。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换装置为视频编解码卡。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码和封装装置和/或所述解码和解封装装置为KVM网络发送器。