CN207835634U - 混合矩阵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了混合矩阵，包括主控芯片、输入模块、输出模块、信号降噪电路、信号检测芯片和第一视频分离芯片，所述输入模块通过主控芯片和输出模块连接，所述输入模块依次通过信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片与主控芯片连接。通过本实用新型，可以检测接收到的各路输入信号是否发生缺失，使用人员可以根据检测结果避免混合矩阵切换到缺失的信号通路进行输出，从而改善放映结果。本实用新型广泛应用于多媒体技术领域。

Description

混合矩阵

技术领域

本实用新型涉及多媒体技术领域，尤其是混合矩阵。

背景技术

在视频会议、电视广播或者视频监控等领域，通常需要同时采集多路视频信号，然后按照工作要求，从中选择特定的几路信号传送到播放设备上进行播放。传统的信号切换设备，是将多个信号源和播放器的线端接在接线板上，根据需要，人工将信号源的信号输出线跳接到对应播放器的信号输入线上，为了便于控制，又发展出了使用继电器来控制的切换设备。但是上述依赖机械结构来切换的设备，存在切换速度慢和可靠性低的缺点。随着集成电路技术和控制技术的发展，出现了用芯片来从M路输入信号中选择出N路输出信号从而完成切换的设备，也就是混合矩阵。

在实际使用中，由于混合矩阵对应多路输入信号，这些输入信号可以分别来自不同的信号源，例如是安放在会场不同位置的多个摄像头和麦克风，由于设备数量多且线路复杂，造成整体故障率高，当某些摄像头或者麦克风或其对应的线路发生故障时，将导致这一路信号缺失。现有混合矩阵产品没有信号检测功能，使用人员只有通过混合矩阵选择信号进行输出时才知道被选择的信号是否缺失，但如果使用人员使用混合矩阵切换到缺失的信号通路进行输出，产生的效果将是屏幕黑屏甚至雪花屏、扬声器没有声音甚至发出白噪音，将严重影响放映结果。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供混合矩阵。

本实用新型所采取的技术方案是：

混合矩阵，包括主控芯片、输入模块、输出模块、信号降噪电路、信号检测芯片和第一视频分离芯片，所述输入模块通过主控芯片和输出模块连接，所述输入模块还依次通过信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片与主控芯片连接。

进一步地，所述信号降噪电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第一三极管和第二三极管；

所述第二电阻的一端连接到电源，所述第二电阻的另一端通过第四电阻接地；所述第三电阻的一端连接到电源，所述第三电阻的另一端通过第五电阻接地；

所述第二电容和第一二极管串联组成第一支路，所述第三电容和第二二极管串联组成第二支路，所述第二电阻的另一端与第二二极管的负极连接，所述第三电阻的另一端与第一二极管的正极连接，所述第一支路和第二支路并联组成降噪电路；

所述第六电阻、第七电阻和第八电阻组成第二三极管的偏置电路；

所述第一三极管的发射极通过降噪电路与第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过第一电阻接地；

所述第一三极管的基极通过第一电容连接至输入模块，所述第二三极管的集电极连接至第一视频分离芯片。

进一步地，混合矩阵还包括人像识别模块、DMA控制器和存储器，所述主控芯片分别与输入模块、输出模块、人像识别模块和DMA控制器连接，所述DMA控制器分别与输入模块和存储器连接，所述人像识别模块分别与输入模块和主控芯片连接。

进一步地，所述DMA控制器还与输出模块连接。

进一步地，混合矩阵还包括第二视频分离芯片、字符叠加芯片和字库芯片，所述第二视频分离芯片分别与输入模块和字符叠加芯片连接，所述字符叠加芯片分别与主控芯片和DMA控制器连接，所述字库芯片与主控芯片连接。

本实用新型的有益效果是：

通过本实用新型，可以检测接收到的各路输入信号是否发生缺失，使用人员可以根据检测结果避免混合矩阵切换到缺失的信号通路进行输出，从而改善放映结果。

进一步地，本实用新型的信号降噪电路可以将待检测的信号进行放大以及降噪，提高待检测信号的信噪比，以减少噪声对检测结果的影响。

进一步地，本实用新型使用的人像识别模块，从多路信号中筛选出含有特定人物人像的画面，从而可以在输入到混合矩阵的多路信号中快速切换输出含有特定人物人像的画面，免于人工识别和切换，大大提高混合矩阵的工作效率。同时，通过DMA控制器，可以将特定的画面信号高效率地存储到存储器中，使当时的切换效果能够保留下来。

进一步地，本实用新型还可以将字符叠加在画面上形成标记，使得存储器中存储的画面信号更适用于后期分析。

附图说明

图1为本实用新型的第一原理框图；

图2为本实用新型信号降噪电路的电路图；

图3为本实用新型的第二原理框图；

图4为本实用新型的第三原理框图。

具体实施方式

本实用新型混合矩阵，如图1所示，包括主控芯片、输入模块、输出模块、信号降噪电路、信号检测芯片和第一视频分离芯片，所述输入模块通过主控芯片和输出模块连接，所述输入模块依次通过信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片与主控芯片连接。

主控芯片、输入模块和输出模块构成了现有的混合矩阵的结构。主控芯片常用ARMCortex A8系列的芯片，其外设接口丰富，控制能力强大，具有大量现有算法可供选择。输入模块可以包括多个VGA、DVI、HDMI等视频接口从而形成4路、8路或16路等常用的多路输入接口，其核心是模拟开关阵列，可以使用MT8816芯片。输出模块可以包括多个VGA、DVI、HDMI等视频接口以及对应的具有切换和格式转换功能的芯片，还可以包括视频信号放大电路，从而形成4路、8路或16路等常用的多路输出接口。

主控芯片可以根据预设的算法或者来自触控屏或按键等指令，通过控制输入模块中的模拟开关阵列来对输入模块接收到的多路信号进行选择，将所选的特定几路信号传送到输出模块中进行输出，由于上述算法和部件不属于本实用新型的改进范围，因此不再赘述。

本实用新型在现有产品的基础上，通过信号检测芯片对输入模块接收到的多路信号进行检测，并将检测结果发送给主控芯片，以显示各路信号是否发生缺失。其原理为：信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片组成的信号检测电路个数可以与输入模块接收到的信号路数相同，即每一路信号分别对应一个信号检测电路。输入信号通过信号降噪电路进行放大和降噪，以消除信道噪声等的干扰，然后通过第一视频分离芯片，得到其场同步信号，由于场同步信号是反映该路信号是否发生缺失的特征，因此将场同步信号输入到信号检测芯片便能输出信号是否缺失的检测结果。主控芯片根据信号检测芯片的检测结果，可以控制指示灯或者蜂鸣器等做出相应提示。

第一视频分离芯片可以使用LM1881，其输入端接收视频信号便可以输出场同步信号和行同步信号等多个特征信号，只需要将LM1881的场同步信号输出端与信号检测电路的输入端连接即可。信号检测电路可以使用74LS221芯片。74LS221芯片集成了施密特触发器，其可以对输入的信号进行波形变换。根据施密特触发器的特性，74LS221芯片将场同步信号进行波形变换后，如果始终输出低电平，表示该路信号缺失或不正常。通过ARM主控芯片的电平检测功能，便可以实现信号检测。

进一步作为优选的实施方式，如图2所示，所述信号降噪电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1和第二三极管Q2；

所述第二电阻R2的一端连接到电源，所述第二电阻R2的另一端通过第四电阻R4接地；所述第三电阻R3的一端连接到电源，所述第三电阻R3的另一端通过第五电阻R5接地；

所述第二电容C2和第一二极管D1串联组成第一支路，所述第三电容C3和第二二极管D2串联组成第二支路，所述第二电阻R2的另一端与第二二极管D2的负极连接，所述第三电阻R3的另一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一支路和第二支路并联组成降噪电路；

所述第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8组成第二三极管Q2的偏置电路；

所述第一三极管Q1的发射极通过降噪电路与第二三极管Q2的基极连接，所述第一三极管Q1的发射极通过第一电阻R1接地；

所述第一三极管Q1的基极通过第一电容C1连接至输入模块，所述第二三极管Q2的集电极连接至第一视频分离芯片。

信号降噪电路可以放大待检测信号以及降低待检测信号的噪音，使得对该信号的检测结果更准确。

在实际使用中，需要切换进行输出的输入信号一般具有特定的特征，例如在电视直播中需要对演员进行镜头特写，治安视频监控中需要对不法分子进行镜头跟踪，其特征为所要切换输出的画面都包含有特定人物的人像。但是，现有的混合矩阵的功能还不够强大。现有的混合矩阵设有带触摸屏或者按键的控制面板，供使用者人工操作选择需要切换的信号，虽然其切换原理上与通过接线板或者继电器来切换的设备存在根本不同，但是使用者的使用体验却没有很大的改善，仍然需要通过人工观察多路信号并从中选择出所需要的信号，然后人工操作混合矩阵。由于使用现有的混合矩阵需要大量的人工参与画面识别和切换工作，切换速度得不到保证，如果无法及时切换，可能错过短暂的镜头。

输入到混合矩阵中的多路信号属于原始素材，混合矩阵对多路信号的切换输出相当于从原始素材中进行筛选和分类，而未被切换选中的画面信号，也仍具有后期分析和回放的价值，但是由于现有的混合矩阵没有存储功能，如果使用独立的存储设备来存储各路信号，相当于直接存储原始素材，无法记录当时的筛选和分类结果。

进一步作为优选的实施方式，如图3所示，本实用新型还包括人像识别模块、DMA控制器和存储器，所述主控芯片分别与输入模块、输出模块、人像识别模块和DMA控制器连接，所述DMA控制器分别与输入模块和存储器连接，所述人像识别模块分别与输入模块和主控芯片连接。

人像识别模块可以使用中控科技公司生产的FAM100或者FAM300模块。FAM100模块的控制板可以配合摄像头使用，也可以从输入模块中获取待识别视频信号，从而对视频画面当中的人像进行识别，FAM100的控制板可以通过串口与ARM主控芯片连接。由于混合矩阵具有多路输入，因此可以使用与输入通道数相等的FAM100模块，每个FAM100模块处理分别处理一路输入信号，也就是说，每一路输入信号除了传送给主控芯片，还传送给对应的FAM100模块。目标人物的人像信息被预先写入FAM100模块，FAM100模块识别对应信号通道的输入信号是否含有目标人物的人像信息，并且将识别结果实时发送给主控芯片。

主控芯片根据各个FAM100模块的识别结果可以实现多个功能。例如混合矩阵应用于电视直播时，通常需要在多个镜头画面中挑选包含有某个演员的画面来放映，预先将这个演员的人像信息写入FAM100模块，便可以实现自动筛选，免于工作人员从多个画面中通过肉眼观察来人工筛选。混合矩阵应用于公安机关进行治安视频监控时，可以将不法分子的人像信息写入FAM100模块，从输入到混合矩阵中的多个监控画面中自动进行筛选，并且切换选择含有目标人像信息的画面并放映出来，从而免于人工长时间紧盯监控画面，提高公安机关的办案效率。

DMA为直接访问内存技术的简称，DMA控制器在主控芯片的控制下，可以允许设备不经过主控芯片而直接访问存储器，从而提高数据读写速度。DMA控制器可以使用8237等芯片，8237具有4个数据通道，可以使用级联等方式组建DMA控制器，例如5片8237芯片级联便可以得到一个具有16个数据通道的DMA控制器，也可以使用FPGA技术来制作多通道DMA控制器。存储器可以使用机械硬盘或者固态硬盘。

输入模块的多路信号可以分别通过DMA控制器的各个数据通道直接写入到存储器中存储，从而使得主控芯片可以读取存储器中的历史数据并进行输出，实现多路信号的回放。使用本实用新型的人像识别功能时，可以根据需要，将识别出来包含特定人物的画面直接输出到输出模块用于播放，同时将其余的不含特定人物的画面存储到存储器中，也可以将识别出来包含特定人物的画面存储到存储器中，同时将其余的不含特定人物的画面直接输出到输出模块用于播放。存储器中存储的视频画面信号，可以用来回放，也可供后期分析。

进一步作为优选的实施方式，如图3所示，所述DMA控制器还与输出模块连接。

DMA控制器在主控芯片的控制下，可以使输出模块中的各路输出分别直接访问存储器，在进行回放时，输出模块读取的数据无需经过主控芯片，从而减轻主控芯片的负担，提高混合矩阵回放的响应速度。

进一步作为优选的实施方式，如图4所示，本实用新型还包括第二视频分离芯片、字符叠加芯片和字库芯片，所述第二视频分离芯片分别与输入模块和字符叠加芯片连接，所述字符叠加芯片分别与主控芯片和DMA控制器连接，所述字库芯片与主控芯片连接。

字库芯片的本质是ROM，其存储字符集，以及字符集中每个字符对应的点阵，因此，可以根据需求自行将需要用到的字符集以及对应的点阵烧录到ROM上作为字库芯片，也可以使用现成的芯片，如GT21L16M2Y2-S芯片。

GT21L16M2Y2-S芯片是一款支持GB18030字符集(27533字)的11×12点阵、15×16点阵字库芯片，另外还含有2套12点高的半角不等宽ASCII字符、1套6×12点扩展字符、2套16点高的半角不等宽ASCII字符、1套8×16点扩展字符、1套5×7点ASCII字符、1套7×8点ASCII字符。同时内含Unicode字符区拉丁文系(LATIN)、希腊文系(LATIN)、西里尔文系(CYRILLIC)文系字符。每个汉字在字库中是以汉字字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示，存1的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点，存0的点，则在屏幕上不显示。GT21L16M2Y2-S芯片中每个汉字点阵的地址与汉字的内码有关，因此根据汉字的内码便能从GT21L16M2Y2-S芯片中读取该汉字的点阵数据。GT21L16M2Y2-S芯片可以通过SPI接口与ARM主控芯片连接。

字符叠加芯片可以使用NEC公司生产的UPD6450芯片，其可以将最多288个汉字字符叠加在视频画面上。UPD6450芯片可以根据ARM主控芯片的指令以及从字库芯片中读取到的字符的点阵信息，将各个点阵叠加在对应的画面上，使得画面上显示字符，通过字符来进行标记，使得使用人员能够更快地了解视频画面的信息。可以在本实用新型中使用多个字符叠加芯片，每个字符叠加芯片分别对应一路信号。叠加在画面上的字符由主控芯片控制，可以写明该画面采集的时间，也可以写明该画面采集的地点，在应用本实用新型的人像识别功能时，还可以在人像识别模块将各路信号筛选分类后，对不同类型的信号分别加以不同的标记，如对于含有人物A的画面，字符叠加芯片可以在对应的画面上叠加人物A的姓名，在含有人物B的画面上叠加人物B的姓名，使存储器中存储的视频画面更便于后期分析。

为了实现最佳的字符叠加效果，可以使用第二视频分离芯片将视频信号分解成行同步信号和场同步信号并将其作为字符叠加芯片的输入信号。第二视频分离芯片可以使用LM1881，其可以精确地提取画面的行同步信号和场同步信号，使得字符叠加芯片可以根据行同步信号和场同步信号，将点阵精确地叠加到对应画面的场和行上。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但对本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.混合矩阵，其特征在于，包括主控芯片、输入模块、输出模块、信号降噪电路、信号检测芯片和第一视频分离芯片，所述输入模块通过主控芯片和输出模块连接，所述输入模块还依次通过信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片与主控芯片连接；

所述信号降噪电路、第一视频分离芯片、信号检测芯片组成信号检测电路，所述信号检测芯片的型号为74LS221；

所述信号降噪电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第一三极管和第二三极管；

所述第二电阻的一端连接到电源，所述第二电阻的另一端通过第四电阻接地；所述第三电阻的一端连接到电源，所述第三电阻的另一端通过第五电阻接地；所述第二电容和第一二极管串联组成第一支路，所述第三电容和第二二极管串联组成第二支路，所述第二电阻的另一端与第二二极管的负极连接，所述第三电阻的另一端与第一二极管的正极连接，所述第一支路和第二支路并联组成降噪电路；

所述第六电阻、第七电阻和第八电阻组成第二三极管的偏置电路；

所述第一三极管的发射极通过降噪电路与第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过第一电阻接地；

所述第一三极管的基极通过第一电容连接至输入模块，所述第二三极管的集电极连接至第一视频分离芯片。

2.根据权利要求1所述的混合矩阵，其特征在于，还包括人像识别模块、DMA控制器和存储器，所述主控芯片分别与输入模块、输出模块、人像识别模块和DMA控制器连接，所述DMA控制器分别与输入模块和存储器连接，所述人像识别模块分别与输入模块和主控芯片连接。

3.根据权利要求2所述的混合矩阵，其特征在于，所述DMA控制器还与输出模块连接。

4.根据权利要求3所述的混合矩阵，其特征在于，还包括第二视频分离芯片、字符叠加芯片和字库芯片，所述第二视频分离芯片分别与输入模块和字符叠加芯片连接，所述字符叠加芯片分别与主控芯片和DMA控制器连接，所述字库芯片与主控芯片连接。