一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)及方法，采用交換理論中最為簡(jiǎn)潔有效的共享存儲(chǔ)方法，對(duì)16路視頻數(shù)據(jù)串行統(tǒng)籌處理；結(jié)合監(jiān)控視頻高清晰、低延時(shí)、無阻塞路由的要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、路由控制、交換輸出工作從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求；本交換系統(tǒng)采用全數(shù)字解決方案，采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，保證信號(hào)傳輸交換的正確性，數(shù)據(jù)無損處理，可以提供客戶完全無損傷的系統(tǒng)交換方法；系統(tǒng)總延時(shí)約為固定0.167us，滿足低延時(shí)處理要求；視頻處理采用共享存儲(chǔ)方案，輸入系統(tǒng)的所有視頻信號(hào)全部分區(qū)分片存入雙口存儲(chǔ)器RAM中，每個(gè)輸出通道單獨(dú)緩存、獨(dú)立輸出，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)多端口復(fù)制存儲(chǔ)，保證交換的效率和獨(dú)立性，形成無阻塞系統(tǒng)。
【專利說明】一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領(lǐng)域的非壓縮實(shí)時(shí)視頻傳輸交換矩陣領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)時(shí)視頻交換是為了滿足監(jiān)控人員掌控所轄區(qū)域監(jiān)控點(diǎn)的圖像信息，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、特殊事件，對(duì)事件進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警，避免國(guó)家及個(gè)人財(cái)產(chǎn)受到損害；或者對(duì)監(jiān)控點(diǎn)緊急事件進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮、綜合戰(zhàn)斗，具有高實(shí)時(shí)性、高清晰度要求；并能任意切換轄區(qū)的任意一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，這就需要實(shí)時(shí)交換方法；為保證得到盡量多的信息，一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)包含任意多個(gè)監(jiān)控屏，同事可關(guān)注多個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)；綜合以上需求，需要有一套實(shí)時(shí)高帶寬視頻圖像交換的解決方案，滿足客戶的系統(tǒng)需求；由于實(shí)時(shí)視頻圖像多采用非壓縮視頻采樣方法，國(guó)內(nèi)通用的視頻制式為PAL格式，其視頻帶寬為8M以內(nèi)，有效視頻帶寬為5.8M帶寬，無損采樣頻率至少為5.8M*2.5=14.5M，采樣精度為8到lObit，綜合視頻質(zhì)量及系統(tǒng)容量，本系統(tǒng)采用15M采樣，那么總視頻帶寬為120Mbps數(shù)字視頻信號(hào)；根據(jù)單視頻矩陣256路輸入96路輸出計(jì)算，視頻矩陣輸入、輸出數(shù)字信號(hào)帶寬分別為30.72Gbps、ll.52Gbps ;交換系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步接入和輸出，保持幀同步需要做鏈路編碼開銷，則交換系統(tǒng)吞吐量需要達(dá)到40Gbps ；為和本發(fā)明的交換方法對(duì)比，選取兩種典型視頻交換方法作為參照方法。模擬交換方法由于模擬器件起步較早，主要應(yīng)用于2000年左右，小系統(tǒng)矩陣實(shí)現(xiàn)方案的解決辦法；數(shù)字交換方法由于數(shù)字信號(hào)大批量應(yīng)用在2010年前后逐漸由模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字矩陣交換，是基于數(shù)字信號(hào)的單芯片解決方案，該方案的主要性能指標(biāo)在多數(shù)場(chǎng)景下都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
[0003]1、模擬交換芯片實(shí)現(xiàn)
模擬交換是基于模擬信號(hào)并置、多路驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，由于模擬信號(hào)的特殊性，單顆模擬交叉芯片僅能實(shí)現(xiàn)8路視頻的交換，如果需要256路輸入、96路輸出則需要200多顆模擬器件搭建全交叉電路，電路較為復(fù)雜，穩(wěn)定性比較差，排查問題比較復(fù)雜；另外模擬信號(hào)并置和多路驅(qū)動(dòng)信號(hào)容易異?；蚴д妫斐蓤D像異常扭曲；由此可見此方案在實(shí)際實(shí)施中存在多點(diǎn)隱患、并不利于維護(hù)，不可應(yīng)用于大容量矩陣控制系統(tǒng)；
2、數(shù)字交換芯片實(shí)現(xiàn)
數(shù)字交換芯片實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的串行輸入、輸出，透明化處理，不包含任何解串行和串行化操作，實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)單，單路差分串行信號(hào)僅包含一路視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)256路輸入、96路輸出則需要選擇至少256路的交叉芯片，這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便；但同時(shí)存在芯片巨大、高成本、功率高等無法避免的數(shù)字切換芯片方案，管腳較多測(cè)試和硬件電路設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜，測(cè)試驗(yàn)證耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)；綜合以上交換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，雖能完成系統(tǒng)需求，但在實(shí)現(xiàn)是存在高成本、低穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)及方法。[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng),包括串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)同步處理模塊、時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊、數(shù)據(jù)交換單元模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊；單通道視頻數(shù)據(jù)幀格式選用標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸編碼方式，并附加特征碼key字節(jié):tx_key=l, tx_data = x “BC” ；該數(shù)據(jù)巾貞由20個(gè)時(shí)分復(fù)用時(shí)隙組成；其中，1-16個(gè)時(shí)隙為16路模擬視頻采樣數(shù)據(jù)，RfR3為視頻數(shù)據(jù)幀保留字節(jié)，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)；
所述串并轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；
所述數(shù)據(jù)同步處理模塊通過設(shè)置的片內(nèi)雙口 RAM，根據(jù)接收來自經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，檢測(cè)序列巾貞同步頭tx_key=l,tx_data = x “BC”,形成巾貞序列并寫入片內(nèi)存儲(chǔ)器；并根據(jù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊的本地同步時(shí)鐘讀出視頻數(shù)據(jù)符合流，傳送給實(shí)時(shí)視頻交換模塊；
所述時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊采用同源時(shí)鐘處理方式，提供本地同步時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生幀同步時(shí)序、讀地址信號(hào)分別傳送給交換模塊，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)同步；由時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊產(chǎn)生對(duì)16通道接收并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度處理，并由路由控制模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換單元模塊所需要的路由表，即目的通道和源通道信息，
所述數(shù)據(jù)交換單元模塊使用雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，寫端口位寬128bit，為16路視頻數(shù)據(jù)的并置信號(hào)，位寬5bit，其中:低四位是視頻序列計(jì)數(shù)器，最高位為片地址采用兩片地址，寫地址深度32，地址位寬5位；讀端口數(shù)據(jù)位寬8bit，為交換系統(tǒng)輸出的交換視頻數(shù)據(jù)，讀地址深度512，地址位寬9位，最高位為片地址，低位為交換輸出視頻的源通道地址；
所述數(shù)據(jù)交換單元模塊中RAM寫端口中幀同步頭對(duì)視頻信號(hào)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，否則執(zhí)行遞增計(jì)數(shù)，片地址加1，根據(jù)視頻同步信號(hào)并置以及片地址對(duì)幀序列的I至16個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)順序?qū)懭肫瑑?nèi)存儲(chǔ)RAM，其他字段Rl、R2、R3、key字節(jié)通過使能控制不寫入，單位位寬128位，其中低位為第一鏈路的視頻數(shù)據(jù)，高位為第十六鏈路的視頻數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)寫操作；
所述數(shù)據(jù)交換單元模塊中RAM讀端口中根據(jù)路由控制模塊分離出的源通道信息和目的通道信息，根據(jù)寫入地址空間和片地址進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)讀出；并在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，增加幀頭字節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)讀操作；
所述數(shù)據(jù)交換單元模塊完成的單通道16路視頻的交換輸出功能，通過并串轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換從而完成單通道的交換輸出功能。
[0006]一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換方法，包括
21)首先對(duì)視頻數(shù)據(jù)幀采用標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸編碼方式，并附加特征碼key字節(jié):tx_key=l, tx_data = x “BC”；所述數(shù)據(jù)巾貞由20個(gè)時(shí)分復(fù)用時(shí)隙組成,其中，1?16個(gè)時(shí)隙為16路模擬視頻采樣數(shù)據(jù)，RfR3為視頻數(shù)據(jù)幀保留字節(jié)，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)；
22)將上述模擬視頻數(shù)據(jù)幀通過串并轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
23)數(shù)據(jù)同步處理模塊采用片內(nèi)雙口RAM，根據(jù)接收數(shù)據(jù)，檢測(cè)序列幀同步頭tx_key=l, tx_data = x “BC”,形成巾貞序列并寫入片內(nèi)存儲(chǔ)器；并根據(jù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊模塊本地同步時(shí)鐘讀出視頻數(shù)據(jù)符合流，傳送給實(shí)時(shí)視頻交換模塊；
24)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊采用同源時(shí)鐘處理方式，提供本地同源時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生幀同步時(shí)序、讀地址信號(hào)分別傳送給預(yù)處理模塊和交換模塊，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)同步；
25)由時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊產(chǎn)生對(duì)16通道接收并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度處理，并由路由控制模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換單元模塊所需要的路由表，即目的通道和源通道信息， 26)數(shù)據(jù)交換單元模塊使用雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，其中寫端口位寬128bit，為16路視頻數(shù)據(jù)的并置信號(hào)，位寬5bit，其中:低四位是視頻序列計(jì)數(shù)器，最高位為片地址采用兩片地址，寫地址深度32，地址位寬5位；讀端口數(shù)據(jù)位寬8bit，為交換系統(tǒng)輸出的交換視頻數(shù)據(jù)，讀地址深度512，地址位寬9位，最高位為片地址，低位為交換輸出視頻的源通道地址；
所述數(shù)據(jù)交換單元模塊交換存儲(chǔ)RAM端口寫操作步驟為:幀同步頭對(duì)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，否則執(zhí)行遞增計(jì)數(shù)，片地址加I，根據(jù)視頻同步信號(hào)并置以及片地址對(duì)幀序列的I至16個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)順序?qū)懭虢粨Q存儲(chǔ)RAM，其他字段Rl、R2、R3、key字節(jié)通過使能控制不寫入，單位位寬128位，其中低位為第一鏈路視頻數(shù)據(jù)，高位為第十六鏈路視頻數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)交換單元模塊交換存儲(chǔ)RAM端口讀操作:根據(jù)路由控制模塊分離出的源通道信息和目的通道信息，根據(jù)寫入地址空間和片地址進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)讀出；并在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，增加幀頭字節(jié)；
完成單通道16路視頻的交換輸出功能，通過并串轉(zhuǎn)換完成單通道的交換輸出工作。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本系統(tǒng)采用交換理論中最為簡(jiǎn)潔有效的共享存儲(chǔ)方法，對(duì)16路視頻數(shù)據(jù)串行統(tǒng)籌處理，簡(jiǎn)化交換方法，整個(gè)交換過程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔，功能清晰；結(jié)合監(jiān)控視頻高清晰、低延時(shí)、無阻塞路由的要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、路由控制、交換輸出工作從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求；本交換系統(tǒng)采用全數(shù)字解決方案，采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，保證信號(hào)傳輸交換的正確性，數(shù)據(jù)無損處理，可以提供客戶完全無損傷的系統(tǒng)交換方法；系統(tǒng)總延時(shí)約為固定0.167us，滿足低延時(shí)處理要求；視頻處理采用共享存儲(chǔ)方案，輸入系統(tǒng)的所有視頻信號(hào)全部分區(qū)分片存入雙口存儲(chǔ)器RAM中，每個(gè)輸出通道單獨(dú)緩存、獨(dú)立輸出，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)多端口復(fù)制存儲(chǔ)，保證交換的效率和獨(dú)立性，形成無阻塞系統(tǒng)；本系統(tǒng)提供了區(qū)別于傳統(tǒng)電路交換方法的復(fù)雜性，分組交換的路由計(jì)算復(fù)雜度，研究出一種實(shí)時(shí)高效、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的共享存儲(chǔ)解決方法，本系統(tǒng)輸入、輸出端采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)要求和資源控制可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)矩陣大小的配置，從而實(shí)現(xiàn)不同大小矩陣系統(tǒng)的要求；由于采用通用邏輯設(shè)計(jì)語言、調(diào)用片內(nèi)存取空間，可在不用設(shè)計(jì)和系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)本方法；通用性和實(shí)用性較高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為單通道SERDES和PCS的簡(jiǎn)單系統(tǒng)框圖；
圖2為交換卡邏輯可編程器件接口圖；
圖3為時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸幀格式；
圖4為交換系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，本發(fā)明的核心交換系統(tǒng)拓?fù)鋱D，本交換系統(tǒng)使用LatticeSemiconductor提供的FPGA集成片上串行收發(fā)器(serdes)、物理層編碼芯片(PhysicalCoding Sublayer, PCS)，內(nèi)置4QUAD收發(fā)器、每個(gè)Quad包含4通道全雙工獨(dú)立收發(fā)器，單芯片共集成16通道串行收發(fā)器，每個(gè)通道獨(dú)立運(yùn)行，可配置速率600M-3.125G ;可編程嵌入式邏輯存儲(chǔ)塊(EBR SRAM) 372塊，每塊容量18bits，共計(jì)6.85Mbits ;分布式邏輯存儲(chǔ)單元(Distributed RAM) 303bits ;可編程查找表(Luts) 149K ;以及豐富的I/O資源滿足系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能； 如圖2所示，本案使用PCS硬件單元，實(shí)現(xiàn)16路串行高速視頻數(shù)據(jù)流的接收和發(fā)送，并充分利用查找表、嵌入式邏輯存儲(chǔ)塊、分布式存儲(chǔ)單元，以及嵌入式控制系統(tǒng)AT91SAM9M10G45，實(shí)現(xiàn)與上層軟件控制系統(tǒng)、監(jiān)控員實(shí)時(shí)操作鍵盤的命令接收和轉(zhuǎn)換控制；
如上文介紹，核心交換系統(tǒng)串行數(shù)據(jù)采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)格式，單通道傳輸16路視頻，由于數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行通道編碼，本系統(tǒng)考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性和滿足光傳輸?shù)钠胶鈧鬏敶a流，結(jié)合芯片集成的PCS硬核芯片要求，如圖3所示，本系統(tǒng)選用Generic 8bl0b模式(標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸編碼方式)，并附加特征碼key字節(jié):tx_key=l, tx_data = x “BC” ；
本系統(tǒng)定義視頻幀格式，數(shù)據(jù)幀由20個(gè)時(shí)分復(fù)用時(shí)隙組成；其中，1-16個(gè)時(shí)隙為16路模擬視頻采樣數(shù)據(jù)，R1-R3為視頻數(shù)據(jù)幀保留字節(jié)，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)如:開關(guān)量、同步音頻數(shù)據(jù)；
帶寬計(jì)算如下:
鏈路數(shù)據(jù)總帶寬:15MB/s*20 = 300MB/s 有效視頻帶寬:BWvalid = 15M *8bit*16/s =1.92Gbps 鏈路傳輸數(shù)據(jù)總帶寬:BWdata = 15M *8bit*20/s =2.4Gbps 編碼鏈路總帶寬為:BWtotal= BWdata* (10bit/8bit) = 3Gbps 由上圖可知:鏈路傳輸總帶寬為3Gbps，并行數(shù)據(jù)帶寬可達(dá)300MBps ；
2、本發(fā)明的系統(tǒng)交換實(shí)現(xiàn)
本方法分為三個(gè)部分:串行數(shù)據(jù)同步接收、視頻數(shù)據(jù)交換、并行數(shù)據(jù)串行發(fā)送單元；其中串行同步數(shù)據(jù)收發(fā)功能由FPGA內(nèi)部集成的硬件收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)，本文重點(diǎn)闡述視頻數(shù)據(jù)交換方法的實(shí)現(xiàn)方案；本發(fā)明的邏輯交換方法區(qū)別與常用的電路交換和分組交換方法，結(jié)合兩種交換的優(yōu)點(diǎn)，充分利用FPGA芯片的靈活性，以及內(nèi)部資源實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換方法；交換系統(tǒng)分為串并轉(zhuǎn)換模塊(SERDES Block(Rx))、數(shù)據(jù)同步處理模塊(First_switch)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊(Sync_mod)、數(shù)據(jù)交換單元模塊(Switch_out_mod)、并串轉(zhuǎn)換模塊(SERDES Block(Tx))組成；模塊I與模塊5由FPGA嵌入的硬件硬件收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，本文不再闡述，下面分別給出系統(tǒng)的控制框圖(路由運(yùn)算電路)
2.1數(shù)據(jù)同步處理模塊:First_switch
由于各業(yè)務(wù)板卡獨(dú)立運(yùn)行即系統(tǒng)輸入通道數(shù)據(jù)的相位由個(gè)通道獨(dú)立決定，經(jīng)SERDESBlock(Rx)接收的串行各路視頻數(shù)據(jù)無法保證數(shù)據(jù)為同步到達(dá)，為便于后續(xù)統(tǒng)一化處理，需要首先實(shí)現(xiàn)16路并行高速數(shù)據(jù)的幀同步，本系統(tǒng)采用片內(nèi)雙口 RAM實(shí)現(xiàn)；根據(jù)接收數(shù)據(jù)，檢測(cè)序列巾貞同步頭tx_key=l,tx_data = x“BC”,形成巾貞序列并寫入片內(nèi)存儲(chǔ)器；并根據(jù)Sync_mod模塊本地同步時(shí)鐘讀出視頻數(shù)據(jù)符合流，傳送給交換模塊；
2.2時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊:Sync_mod
系統(tǒng)采用同源時(shí)鐘處理方式，系統(tǒng)提供本地同源時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生幀同步時(shí)序、讀地址信號(hào)分別傳送給預(yù)處理模塊和交換模塊，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)同步，為后續(xù)大容量數(shù)據(jù)交換做好準(zhǔn)備；
2.3數(shù)據(jù)交換單元模塊Switch_out_mod
根據(jù)圖4所示，由時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊產(chǎn)生對(duì)16通道接收并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度處理，并由路由控制模塊產(chǎn)生每個(gè)交換控制單元模塊所需要的路由表，即目的通道和源通道信息；由于16通道serdes接收通道都是根據(jù)共同的同步讀寫地址實(shí)現(xiàn)，保證了視頻幀格式的數(shù)據(jù)同步；本交換方法使用雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，寫端口位寬128bit，為16路視頻數(shù)據(jù)的并置信號(hào)，位寬5bit，其中:低四位是視頻序列計(jì)數(shù)器，最高位為片地址采用兩片地址，防止讀寫端口對(duì)同一存儲(chǔ)單元操作，寫地址深度32，地址位寬5位；讀端口數(shù)據(jù)位寬8bit，為交換系統(tǒng)輸出的交換視頻數(shù)據(jù)，讀地址深度512，地址位寬9位，最高位為片地址，低位為交換輸出視頻的源通道地址；
交換存儲(chǔ)RAM端口寫操作:幀同步頭對(duì)視頻信號(hào)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，否則執(zhí)行遞增計(jì)數(shù)，片地址加1，根據(jù)視頻同步信號(hào)并置以及片地址對(duì)幀序列的I至16個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)順序?qū)懭虢粨Q存儲(chǔ)RAM，其他字段Rl、R2、R3、key字節(jié)通過使能控制不寫入，單位位寬128位，其中低位為L(zhǎng)ink_rxl視頻數(shù)據(jù)，高位為L(zhǎng)ink_rxl6視頻數(shù)據(jù)；
交換存儲(chǔ)RAM端口讀操作:根據(jù)路由控制單元分離出的源通道信息和目的通道信息，根據(jù)寫入地址空間和片地址進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)讀出，如源通道地址為link5通道第12路視頻，則讀出地址最高位為片地址，低位為0xB4 ;并在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，增加幀頭字節(jié)；
完成單通道16路視頻的交換輸出功能，通過并串轉(zhuǎn)換完成單通道serdes的交換輸出工作；本系統(tǒng)需要的256路視頻只需要多次模塊調(diào)用實(shí)現(xiàn)16路serdes視頻的交換輸出功倉(cāng)泛。
[0010]2.4視頻延時(shí)計(jì)算
單通道視頻串行處理時(shí)鐘為300MB/S，本系統(tǒng)采用兩片雙口 RAM對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即同步模塊RAM以及交換控制RAM，并且都采用分片讀寫方式，其他邏輯處理時(shí)序延遲較少根據(jù)代碼處理效率不同，本文暫定為IOcycle延遲；所以視頻數(shù)據(jù)延遲時(shí)間為:
同步模塊延時(shí)+交換模塊延遲+ IOT =中貞長(zhǎng)*地址片數(shù)*Tcycle *2 + 10 Tcycle =20*2*(1/300 * 10e-6s) *2 + 10*(1/300 * 10e_6s)
=1/6 us=0.167us
由上可知:系統(tǒng)總延遲約為0.167us，時(shí)間效果零延遲，完全滿足監(jiān)控領(lǐng)域視頻低延時(shí)需求。
[0011]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換系統(tǒng)，其特征在于，包括串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)同步處理模塊、時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊、數(shù)據(jù)交換單元模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊； 單通道視頻數(shù)據(jù)幀格式選用標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸編碼方式，并附加特征碼key字節(jié):tx_key=l, tx_data = x “BC” ；該數(shù)據(jù)幀由20個(gè)時(shí)分復(fù)用時(shí)隙組成；其中，1-16個(gè)時(shí)隙為16路模擬視頻采樣數(shù)據(jù)，RfR3為視頻數(shù)據(jù)幀保留字節(jié)，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)； 所述串并轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換； 所述數(shù)據(jù)同步處理模塊通過設(shè)置的片內(nèi)雙口 RAM，根據(jù)接收來自經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，檢測(cè)序列幀同步頭tx_key=l,tx_data = x “BC”,形成幀序列并寫入片內(nèi)存儲(chǔ)器；并根據(jù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊的本地同步時(shí)鐘讀出視頻數(shù)據(jù)符合流，傳送給實(shí)時(shí)視頻交換模塊； 所述時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊采用同源時(shí)鐘處理方式，提供本地同步時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生幀同步時(shí)序、讀地址信號(hào)分別傳送給交換模塊，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)同步；由時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊產(chǎn)生對(duì)16通道接收并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度處理，并由路由控制模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換單元模塊所需要的路由表，即目的通道和源通道信息， 所述數(shù)據(jù)交換單元模塊使用雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，寫端口位寬128bit，為16路視頻數(shù)據(jù)的并置信號(hào)，位寬5bit，其中:低四位是視頻序列計(jì)數(shù)器，最高位為片地址采用兩片地址，寫地址深度32，地址位寬5位；讀端口數(shù)據(jù)位寬8bit，為交換系統(tǒng)輸出的交換視頻數(shù)據(jù)，讀地址深度512，地址位寬9位，最高位為片地址，低位為交換輸出視頻的源通道地址； 所述數(shù)據(jù)交換單元模塊中RAM寫端口中幀同步頭對(duì)視頻信號(hào)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，否則執(zhí)行遞增計(jì)數(shù)，片地址加1，根據(jù)視頻同步信號(hào)并置以及片地址對(duì)幀序列的I至16個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)順序?qū)懭肫瑑?nèi)存儲(chǔ)R AM，其他字段Rl、R2、R3、key字節(jié)通過使能控制不寫入，單位位寬128位，其中低位為第一鏈路的視頻數(shù)據(jù)，高位為第十六鏈路的視頻數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)寫操作； 所述數(shù)據(jù)交換單元模塊中RAM讀端口中根據(jù)路由控制模塊分離出的源通道信息和目的通道信息，根據(jù)寫入地址空間和片地址進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)讀出；并在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，增加幀頭字節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)讀操作； 所述數(shù)據(jù)交換單元模塊完成的單通道16路視頻的交換輸出功能，通過并串轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換從而完成單通道的交換輸出功能。
2.一種實(shí)時(shí)高帶寬視頻交換方法，其特征在于，包括 21)首先對(duì)視頻數(shù)據(jù)幀采用標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸編碼方式，并附加特征碼key字節(jié):tx_key=l, tx_data = x “BC” ;所述數(shù)據(jù)幀由20個(gè)時(shí)分復(fù)用時(shí)隙組成,其中，16個(gè)時(shí)隙為16路模擬視頻采樣數(shù)據(jù)，RfR3為視頻數(shù)據(jù)幀保留字節(jié)，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)； 22)將上述模擬視頻數(shù)據(jù)幀通過串并轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 23)數(shù)據(jù)同步處理模塊采用片內(nèi)雙口RAM，根據(jù)接收數(shù)據(jù)，檢測(cè)序列幀同步頭tx_key=l, tx_data = x “BC”,形成幀序列并寫入片內(nèi)存儲(chǔ)器；并根據(jù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊模塊本地同步時(shí)鐘讀出視頻數(shù)據(jù)符合流，傳送給實(shí)時(shí)視頻交換模塊； 24)時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊采用同源時(shí)鐘處理方式，提供本地同源時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生幀同步時(shí)序、讀地址信號(hào)分別傳送給預(yù)處理模塊和交換模塊，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)同步； 25)由時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步控制模塊產(chǎn)生對(duì)16通道接收并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度處理，并由路由控制模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換單元模塊所需要的路由表，即目的通道和源通道信息， 26)數(shù)據(jù)交換單元模塊使用雙口RAM實(shí)現(xiàn)，其中寫端口位寬128bit，為16路視頻數(shù)據(jù)的并置信號(hào)，位寬5bit，其中:低四位是視頻序列計(jì)數(shù)器，最高位為片地址采用兩片地址，寫地址深度32，地址位寬5位；讀端口數(shù)據(jù)位寬8bit，為交換系統(tǒng)輸出的交換視頻數(shù)據(jù)，讀地址深度512，地址位寬9位，最高位為片地址，低位為交換輸出視頻的源通道地址； 所述數(shù)據(jù)交換單元模塊交換存儲(chǔ)RAM端口寫操作步驟為:幀同步頭對(duì)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，否則執(zhí)行遞增計(jì)數(shù)，片地址加1，根據(jù)視頻同步信號(hào)并置以及片地址對(duì)幀序列的I至16個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)順序?qū)懭虢粨Q存儲(chǔ)RAM，其他字段Rl、R2、R3、key字節(jié)通過使能控制不寫入，單位位寬128位，其中低位為第一鏈路視頻數(shù)據(jù)，高位為第十六鏈路視頻數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)交換單元模塊交換存儲(chǔ)RAM端口讀操作:根據(jù)路由控制模塊分離出的源通道信息和目的通道信息，根據(jù)寫入地址空間和片地址進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)讀出；并在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，增加幀頭字節(jié)； 完成單通道16路 視頻的交換輸出功能，通過并串轉(zhuǎn)換完成單通道的交換輸出工作。
【文檔編號(hào)】H04N7/18GK104010140SQ201410235241
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】石旭剛, 史故臣 申請(qǐng)人:杭州中威電子股份有限公司