基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统。其包括以太网包交换单元，以及通过以太网包交换模块连接的主控单元、输入单元和输出单元；主控单元包括上位机接口模块、嵌入式处理模块和第一以太网数据包封装模块；输入单元包括音视频输入接口模块、音视频压缩编码模块、第二以太网数据包封装模块和第一参数配置模块；输出单元包括以太网数据包解封装模块、音视频解码模块、视频拼接模块、音频混音模块和第二参数配置模块；本发明专利技术具有集中式优点的同时，可支持更小粒度的数据交换，从而节省链路带宽，实现灵活的音视频业务；支持模块化的级联，可实现系统规模的任意扩展，有利于项目分期规划建设，保护前期投资。护前期投资。护前期投资。

【技术实现步骤摘要】
基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统


[0001]本专利技术属于图像处理
，具体的说，涉及一种基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统。

技术介绍

[0002]集中式音视频矩阵拼接处理系统广泛应用于指挥中心、大型会场、广播电台、大型娱乐场所等大屏显示领域，可实现多个视频信号源在不同的屏幕上同时显示，其显示方式具有多样性，如全屏显示，画中画，信号的叠加漫游等。
[0003]传统的集中式音视频矩阵拼接处理系统一般采用crosspoint交换架构实现MxN的音视频矩阵切换，其可实现将M(M为整数)路中任意一路输入信号切换到N(N为整数)个输出中的任意多路。
[0004]传统的集中式音视频矩阵拼接处理系统虽然具有结构简单，控制方便，制造成本低的优点，但是受限于机框的体积以及crosspoint交换模块的交换容量及切换的单向性，其缺点也很明显：
[0005]输入到输出的切换必须以通道为单位，实现单个屏幕多路拼接的成本非常高，甚至由于硬件布线原因无法实现，例如：如果要实现单个屏幕呈现64路信号，则每个输出通道要有64路并行输入，这在实际方案中是不可实现；
[0006]由于crosspoint交换模块的单向性，必须指定业务卡槽的属性(输入或者输出)，不能任意混插；不能实现灵活的音视频联动业务，如语音会议，多路混音等；
[0007]由于crosspoint交换模块的交换容量限制，单台设备规模受限，无法实现系统任意扩容；往往需要将设备整体替换，造成前期建设浪费。r/>
技术实现思路

[0008]针对上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵处理系统，既有传统集中式音视频矩阵拼接处理系统结构简单，控制方便，制造成本低的优点，又能很好的克服其缺点，在一些大型指挥中心，会议中心等场所，具有很好的应用前景。本专利技术继承了集中式优点的同时，可支持更小粒度的数据交换，从而节省链路带宽，实现更加灵活的音视频业务，如：视频数据分块传输，多方音视频会议等，同时支持模块化的级联，可实现系统规模的任意扩展，有利于项目分期规划建设，保护前期投资。
[0009]本专利技术的具体介绍如下。
[0010]一种基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统，其包括以太网包交换单元、主控单元、输入单元和输出单元；
[0011]以太网包交换单元，用于对主控单元、输入单元和输出单元的以太网数据包进行转发；
[0012]主控单元包括上位机接口模块、嵌入式处理模块和第一以太网数据包封装模块；
[0013]输入单元包括音视频输入接口模块、第一参数配置模块、音视频压缩编码模块和
第二以太网数据包封装模块；
[0014]输出单元包括以太网数据包解封装模块、第二参数配置模块、音视频解码模块、视频拼接模块和音频混音模块；其中：
[0015]上位机接口模块用于主控单元与上位机的控制面交互，接收并解析上位机的标准计算机物理接口发送的配置信息，转发至嵌入式处理模块；
[0016]嵌入式处理模块用于处理上位机发送的配置信息，将其转换为各个业务板卡的配置参数，并通过第一以太网数据包封装模块下发；同时，接收其他业务板卡上报的状态信息，做出及时响应，并上报上位机；
[0017]第一以太网数据包封装模块，用于业务卡的配置参数下发以及接收其他业务板卡上报的状态信息；
[0018]音视频输入接口模块，用于接收各种音视频输入信号，将其数字化后转换为音视频数据流；
[0019]第一参数配置模块，接收主控单元的配置参数，并将不同类型的参数分别发送给音视频压缩编码模块和第一以太网数据包封装模块；
[0020]音视频压缩编码模块，将输入的音视频数据流按第一参数配置模块配置的编码参数进行视频编码压缩；
[0021]第二以太网数据包封装模块，用于将压缩编码后视频数据流，按第一参数配置模块配置的封包参数进行数据包的封装，以便发送到以太网包交换单元，由其转发到目的输出单元上；
[0022]以太网数据包解封装模块，接收以太网包交换单元转发送入的音视频编码数据包，解析其目的地址，比较目的地址与第二参数配置模块配置的本输出节点的地址是否一致，如果不一致则丢弃，如果一致，将其剥离包头的冗余数据及包尾的校验数据，通过合法性检查后，送入下一级音视频解码模块；
[0023]第二参数配置模块，接收主控卡的配置参数，并将不同类型的参数分别发送给以太网数据包解封装模块、视频拼接模块和音频混音模块；
[0024]音视频解码模块，接收上一级以太网数据包解封装模块送入的音视频编码数据，将其经过对应音视频解码，还原为原始的音视频数据流；
[0025]视频拼接模块，接收音视频解码模块送入的多路原始视频流，按第二参数配置模块给出的拼接参数配置，将其进行对应比例的图像缩放，存入对应位置的显存中，实现视频的拼接功能，最后将拼接后的整体视频送到拼接显示单元显示；
[0026]音频混音模块，接收音视频解码模块送入的多路原始音频流，按第二参数配置模块给出的音频混音参数配置，将其混合相加合路输出到音频物理输出接口。
[0027]本专利技术中，以太网包交换单元采用基于背板的以太网包交换架构，而非传统集中式采用的基于背板的crosspoint交换架构，以太网包交换单元通过背板插槽的连接器实现和主控单元、输入单元和输出单元的连接。
[0028]本专利技术中，以太网包交换单元支持级联扩展。
[0029]本专利技术中，以太网包交换单元基于模块化机框的背板设置，模块化机框的背板通过级联口实现系统规模扩展，无须根据系统规模的大小进行机框定制。
[0030]本专利技术中，音视频压缩编码模块采用的视频压缩算法选自JPEG、VC2、JPEG
‑
XS、
JPEG
‑
2000、MPEG或H.264/265中的一种或几种；。
[0031]本专利技术中，第一参数配置模块配置的编码参数包括视频压缩编码算法、编码压缩目标码率、色度采样方式和色彩深度，封包参数包括包长和数据包目的地址；第二参数配置模块配置的拼接参数包括图像缩放比例、图像的位置、每个视频流的图层。
[0032]与现有技术相比，本专利技术创新地采用以太网包交换架构，其有益效果在于：
[0033]1、数据交换的粒度减少，无须以整个通道为单位进行交换，因此应用更加灵活，例如可将音视频分离，支持非对称的业务应用。同时可支持视频数据分块传输，节省链路带宽；
[0034]2、数据交换具有双向性，背板槽位可支持输入单元(卡)，输出单元(卡)的任意混插，配置更加灵通；同时可实现音频会议、音频对讲等双工业务应用。
[0035]3、本专利技术支持以太网包交换模块的级联，多个模块化集中式设备可通过级联支持任意规模的扩展，避免前期建设的资源浪费；
[0036]4、本专利技术支持音视频的数据压缩，可显著减少交换带宽，以支持单个屏幕多路拼接。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于以太网包交换架构的集中式音视频矩阵拼接处理系统，其特征在于，其包括以太网包交换单元、主控单元、输入单元和输出单元；以太网包交换单元，用于对主控单元、输入单元和输出单元的以太网数据包进行转发；主控单元，用于接收用户的操作指令，将其转换为对输入单元、输出单元、以及背板的切换命令，进行统一的矩阵切换控制；主控单元包括上位机接口模块、嵌入式处理模块和第一以太网数据包封装模块；输入单元，采集输入音视频信号，将其转换为数字信号，经过音视频数字处理后，按主控单元切换命令，发送音视频数据流到对应的输出单元；其包括音视频输入接口模块、第一参数配置模块、音视频压缩编码模块和第二以太网数据包封装模块；输出单元，接收对应输入单元送入的音视频数据流，经过音视频数字处理后，进行拼接合并后，通过音视频接口送给显示终端显示；其包括以太网数据包解封装模块、第二参数配置模块、音视频解码模块、视频拼接模块和音频混音模块；其中：上位机接口模块用于主控单元与上位机的控制面交互，接收并解析上位机的标准计算机物理接口发送的配置信息，转发至嵌入式处理模块；嵌入式处理模块用于处理上位机发送的配置信息，将其转换为输入单元和输出单元的配置参数，并通过第一以太网数据包封装模块下发；同时，接收上报的状态信息，做出及时响应，并上报上位机；第一以太网数据包封装模块，用于业务卡的配置参数下发以及接收其他业务板卡上报的状态信息；音视频输入接口模块，用于接收各种音视频输入信号，将其数字化后转换为音视频数据流；第一参数配置模块，接收主控单元的配置参数，并将不同类型的参数分别发送给音视频压缩编码模块和第一以太网数据包封装模块；音视频压缩编码模块，将输入的音视频数据流按第一参数配置模块配置的编码参数进行视频编码压缩；第二以太网数据包封装模块，用于将压缩编码后视频数据流，按第一参数配置模块配置的封包参数进行数据包的封装，以便发送到以太网包交换单元，由其转发到目的输出单元上；以太网数据包解封装模块，接收以太网包交换单元转发送入的音视频编码数据包，解析其目的地址，比较目的地址与第二参数配置模块配置的本输出节点的地址是否一致，如果不一致则丢弃，如果一致，将其剥离包头的冗余数据及包尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹臻，潘卫明，邱昊，宋君君，王霞，铁伟涛，陈鹏，王猛，左名飞，
申请(专利权)人：上海晨驭信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：