[发明专利]一种实时高带宽视频交换系统及方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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；为和本发明的交换方法对比，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。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明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，本发明的技术方案如下：

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；