一种实时高带宽视频交换系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种实时高带宽视频交换系统及方法，采用交换理论中最为简洁有效的共享存储方法，对16路视频数据串行统筹处理；结合监控视频高清晰、低延时、无阻塞路由的要求对系统进行存储、路由控制、交换输出工作从而实现系统要求；本交换系统采用全数字解决方案，采用可编程逻辑器件实现数据的交换，保证信号传输交换的正确性，数据无损处理，可以提供客户完全无损伤的系统交换方法；系统总延时约为固定0.167us，满足低延时处理要求；视频处理采用共享存储方案，输入系统的所有视频信号全部分区分片存入双口存储器RAM中，每个输出通道单独缓存、独立输出，保证系统数据多端口复制存储，保证交换的效率和独立性，形成无阻塞系统。

【技术实现步骤摘要】
一种实时高带宽视频交换系统及方法
本专利技术涉及视频监控领域的非压缩实时视频传输交换矩阵领域，尤其涉及一种实时高带宽视频交换系统及方法。
技术介绍
实时视频交换是为了满足监控人员掌控所辖区域监控点的图像信息，实时发现异常、特殊事件，对事件进行预警、报警，避免国家及个人财产受到损害；或者对监控点紧急事件进行远程指挥、综合战斗，具有高实时性、高清晰度要求；并能任意切换辖区的任意一个监控点，这就需要实时交换方法；为保证得到尽量多的信息，一个监控平台包含任意多个监控屏，同事可关注多个视频监控点；综合以上需求，需要有一套实时高带宽视频图像交换的解决方案，满足客户的系统需求；由于实时视频图像多采用非压缩视频采样方法，国内通用的视频制式为PAL格式，其视频带宽为8M以内，有效视频带宽为5.8M带宽，无损采样频率至少为5.8M*2.5=14.5M，采样精度为8到10bit，综合视频质量及系统容量，本系统采用15M采样，那么总视频带宽为120Mbps数字视频信号；根据单视频矩阵256路输入96路输出计算，视频矩阵输入、输出数字信号带宽分别为30.72Gbps、11.52Gbps；交换系统需要实现信号同步接入和输出，保持帧同步需要做链路编码开销，则交换系统吞吐量需要达到40Gbps；为和本专利技术的交换方法对比，选取两种典型视频交换方法作为参照方法。模拟交换方法由于模拟器件起步较早，主要应用于2000年左右，小系统矩阵实现方案的解决办法；数字交换方法由于数字信号大批量应用在2010年前后逐渐由模拟转向数字矩阵交换，是基于数字信号的单芯片解决方案，该方案的主要性能指标在多数场景下都具有显著的优势。1、模拟交换芯片实现模拟交换是基于模拟信号并置、多路驱动实现的，由于模拟信号的特殊性，单颗模拟交叉芯片仅能实现8路视频的交换，如果需要256路输入、96路输出则需要200多颗模拟器件搭建全交叉电路，电路较为复杂，稳定性比较差，排查问题比较复杂；另外模拟信号并置和多路驱动信号容易异常或失真，造成图像异常扭曲；由此可见此方案在实际实施中存在多点隐患、并不利于维护，不可应用于大容量矩阵控制系统；2、数字交换芯片实现数字交换芯片实现视频信号的串行输入、输出，透明化处理，不包含任何解串行和串行化操作，实现方案简单，单路差分串行信号仅包含一路视频信号，实现系统256路输入、96路输出则需要选择至少256路的交叉芯片，这种设计简单、控制方便；但同时存在芯片巨大、高成本、功率高等无法避免的数字切换芯片方案，管脚较多测试和硬件电路设计都比较复杂，测试验证耗费时间较长；综合以上交换系统的实现，虽能完成系统需求，但在实现是存在高成本、低稳定性的风险。
技术实现思路
针对上述技术缺陷，本专利技术提出一种实时高带宽视频交换系统及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种实时高带宽视频交换系统，包括串并转换模块、数据同步处理模块、时钟数据同步控制模块、数据交换单元模块、并串转换模块；单通道视频数据帧格式选用标准串行传输编码方式，并附加特征码key字节：tx_key=1，tx_data=x“BC”；该数据帧由20个时分复用时隙组成；其中，1-16个时隙为16路模拟视频采样数据，R1~R3为视频数据帧保留字节，用于传输视频数据对应的辅助数据；所述串并转换模块负责将视频数据进行串并转换；所述数据同步处理模块通过设置的片内双口RAM，根据接收来自经过串并转换后的数据，检测序列帧同步头tx_key=1，tx_data=x“BC”，形成帧序列并写入片内存储器；并根据时钟数据同步控制模块的本地同步时钟读出视频数据符合流，传送给实时视频交换模块；所述时钟数据同步控制模块采用同源时钟处理方式，提供本地同步时钟独立运行，产生帧同步时序、读地址信号分别传送给交换模块，实现视频信号同步；由时钟数据同步控制模块产生对16通道接收并行数据进行调度处理，并由路由控制模块产生数据交换单元模块所需要的路由表，即目的通道和源通道信息，所述数据交换单元模块使用双口RAM实现，写端口位宽128bit，为16路视频数据的并置信号，位宽5bit，其中：低四位是视频序列计数器，最高位为片地址采用两片地址，写地址深度32，地址位宽5位；读端口数据位宽8bit，为交换系统输出的交换视频数据，读地址深度512，地址位宽9位,最高位为片地址，低位为交换输出视频的源通道地址；所述数据交换单元模块中RAM写端口中帧同步头对视频信号计数器进行清零，否则执行递增计数，片地址加1，根据视频同步信号并置以及片地址对帧序列的1至16个时隙的数据顺序写入片内存储RAM，其他字段R1、R2、R3、key字节通过使能控制不写入，单位位宽128位，其中低位为第一链路的视频数据，高位为第十六链路的视频数据，从而实现写操作；所述数据交换单元模块中RAM读端口中根据路由控制模块分离出的源通道信息和目的通道信息，根据写入地址空间和片地址进行视频数据读出；并在输出端对信号进行帧同步处理，增加帧头字节，从而实现读操作；所述数据交换单元模块完成的单通道16路视频的交换输出功能，通过并串转换模块进行并串转换从而完成单通道的交换输出功能。一种实时高带宽视频交换方法，包括21)首先对视频数据帧采用标准串行传输编码方式，并附加特征码key字节：tx_key=1，tx_data=x“BC”；所述数据帧由20个时分复用时隙组成，其中，1~16个时隙为16路模拟视频采样数据，R1~R3为视频数据帧保留字节，用于传输视频数据对应的辅助数据；22）将上述模拟视频数据帧通过串并转换模块进行转换；23）数据同步处理模块采用片内双口RAM，根据接收数据，检测序列帧同步头tx_key=1，tx_data=x“BC”，形成帧序列并写入片内存储器；并根据时钟数据同步控制模块模块本地同步时钟读出视频数据符合流，传送给实时视频交换模块；24）时钟数据同步控制模块采用同源时钟处理方式，提供本地同源时钟独立运行，产生帧同步时序、读地址信号分别传送给预处理模块和交换模块，实现视频数据信号同步；25）由时钟数据同步控制模块产生对16通道接收并行数据进行调度处理，并由路由控制模块产生数据交换单元模块所需要的路由表，即目的通道和源通道信息，26）数据交换单元模块使用双口RAM实现，其中写端口位宽128bit，为16路视频数据的并置信号，位宽5bit，其中：低四位是视频序列计数器，最高位为片地址采用两片地址，写地址深度32，地址位宽5位；读端口数据位宽8bit，为交换系统输出的交换视频数据，读地址深度512，地址位宽9位,最高位为片地址，低位为交换输出视频的源通道地址；所述数据交换单元模块交换存储RAM端口写操作步骤为：帧同步头对视频数据信号计数器进行清零，否则执行递增计数，片地址加1，根据视频同步信号并置以及片地址对帧序列的1至16个时隙的数据顺序写入交换存储RAM，其他字段R1、R2、R3、key字节通过使能控制不写入，单位位宽128位，其中低位为第一链路视频数据，高位为第十六链路视频数据；所述数据交换单元模块交换存储RAM端口读操作：根据路由控制模块分离出的源通道信息和目的通道信息，根据写入地址空间和片地址进行视频数据读出；并在输出端对信号进行帧同步处理，增加帧头字节；完成单通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时高带宽视频交换系统，其特征在于，包括串并转换模块、数据同步处理模块、时钟数据同步控制模块、数据交换单元模块、并串转换模块；单通道视频数据帧格式选用标准串行传输编码方式，并附加特征码key字节：tx_key=1，tx_data = x“BC”；该数据帧由20个时分复用时隙组成；其中，1‑16个时隙为16路模拟视频采样数据，R1~R3为视频数据帧保留字节，用于传输视频数据对应的辅助数据；所述串并转换模块负责将视频数据进行串并转换；所述数据同步处理模块通过设置的片内双口RAM，根据接收来自经过串并转换后的数据，检测序列帧同步头tx_key=1，tx_data = x“BC”，形成帧序列并写入片内存储器；并根据时钟数据同步控制模块的本地同步时钟读出视频数据符合流，传送给实时视频交换模块；所述时钟数据同步控制模块采用同源时钟处理方式，提供本地同步时钟独立运行，产生帧同步时序、读地址信号分别传送给交换模块，实现视频信号同步；由时钟数据同步控制模块产生对16通道接收并行数据进行调度处理，并由路由控制模块产生数据交换单元模块所需要的路由表，即目的通道和源通道信息，所述数据交换单元模块使用双口RAM实现，写端口位宽128bit，为16路视频数据的并置信号，位宽5bit，其中：低四位是视频序列计数器，最高位为片地址采用两片地址，写地址深度32，地址位宽5位；读端口数据位宽8bit，为交换系统输出的交换视频数据，读地址深度512，地址位宽9位,最高位为片地址，低位为交换输出视频的源通道地址；所述数据交换单元模块中RAM写端口中帧同步头对视频信号计数器进行清零，否则执行递增计数，片地址加1，根据视频同步信号并置以及片地址对帧序列的1至16个时隙的数据顺序写入片内存储RAM，其他字段R1、R2、R3、key字节通过使能控制不写入，单位位宽128位，其中低位为第一链路的视频数据，高位为第十六链路的视频数据，从而实现写操作；所述数据交换单元模块中RAM读端口中根据路由控制模块分离出的源通道信息和目的通道信息，根据写入地址空间和片地址进行视频数据读出；并在输出端对信号进行帧同步处理，增加帧头字节，从而实现读操作；所述数据交换单元模块完成的单通道16路视频的交换输出功能，通过并串转换模块进行并串转换从而完成单通道的交换输出功能。...

【技术特征摘要】
1.一种实时高带宽视频交换系统，其特征在于，包括串并转换模块、数据同步处理模块、时钟数据同步控制模块、数据交换单元模块、并串转换模块；单通道视频数据帧格式选用标准串行传输编码方式，并附加特征码key字节：tx_key＝1，tx_data＝x“BC”；该视频数据帧由20个时分复用时隙组成；其中，1-16个时隙为16路模拟视频采样数据，R1～R3为视频数据帧保留字节，用于传输视频数据对应的辅助数据；所述串并转换模块负责将视频数据进行串并转换；所述数据同步处理模块通过设置的片内双口RAM，根据接收来自经过串并转换后的数据，检测序列帧同步头tx_key＝1，tx_data＝x“BC”，形成帧序列并写入片内存储器；并根据时钟数据同步控制模块的本地同步时钟读出视频数据符合流，传送给实时视频交换模块；所述时钟数据同步控制模块采用同源时钟处理方式，提供本地同步时钟独立运行，产生帧同步时序、读地址信号分别传送给交换模块，实现视频信号同步；由时钟数据同步控制模块产生对16通道接收并行数据进行调度处理，并由路由控制模块产生数据交换单元模块所需要的路由表，即目的通道和源通道信息，所述数据交换单元模块使用双口RAM实现，写端口位宽128bit，为16路视频数据的并置信号，每路位宽5bit，其中：低四位是视频序列计数器，最高位为片地址采用两片地址，写地址深度32，地址位宽5位；读端口数据位宽8bit，为交换系统输出的交换视频数据，读地址深度512，地址位宽9位,最高位为片地址，低位为交换输出视频的源通道地址；所述数据交换单元模块中RAM写端口中帧同步头对视频信号计数器进行清零，否则执行递增计数，片地址加1，根据视频同步信号并置以及片地址对帧序列的1至16个时隙的数据顺序写入片内存储RAM，其他字段R1、R2、R3、key字节通过使能控制不写入，单位位宽128位，其中低位为第一链路的视频数据，高位为第十六链路的视频数据，从而实现写操作；所述数据交换单元模块中RAM读端口中根据路由控制模块分离出的源通道信息和目的通道信息，根据写入地址空间和片地址进行视频数据读出；并在输出端对信号进行帧同步处理，增加帧头字节，从而实现读操作；所述数据交换单元模块完成的单通道16路视频的交换输出功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：石旭刚，史故臣，
申请(专利权)人：杭州中威电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33