專利名稱：實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于廣播電視行業(yè)視音頻制作播出設(shè)備領(lǐng)域，具體的涉及一種 用于視頻服務(wù)器主板的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)。
宵足抆不
現(xiàn)有的視頻/音頻處理卡，都是基于PCI總線技術(shù)，完成視音頻的采集、回
放和字幕疊加，且視頻/音頻的采集和回放不能做到同時(shí)進(jìn)行處理。隨著現(xiàn)代多
媒體技術(shù)的發(fā)展，視音頻數(shù)據(jù)量越來越大，由于PCI總線本身技術(shù)上的限制， 現(xiàn)有的基于PCI總線技術(shù)的視頻/音頻處理卡處理速度較慢，且占用系統(tǒng)資源很 大，己經(jīng)成為視音頻實(shí)時(shí)處理的瓶頸。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，PCI總線 技術(shù)已經(jīng)有慢慢被具有更高處理速度的PCIEXPRESS總線技術(shù)所取代的趨勢(shì)， 目前較新型的計(jì)算機(jī)主板已經(jīng)更多的配置PCIEXPRESS總線插槽。
PCIEXPRESS總線是新一代的總線接口，采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI 以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不 需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá) 到PCI所不能提供的高帶寬。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種克服現(xiàn)有視音頻板卡技術(shù)上的缺陷，基于 PCIEXPRESS總線技術(shù)、結(jié)構(gòu)化、模塊化、高效的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，它 能夠完成視音頻采集和回放的同時(shí)處理與字幕疊加功能，同時(shí)處理速度更快， 占用系統(tǒng)資源更少，很好的完成視音頻的實(shí)時(shí)處理。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下 一種實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，包括PCI EXPRESS總線接口、視頻輸入、輸 出端口和音頻輸入輸出端口 ，其特征在于所述實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)包括一字 幕疊加處理器和一視音頻采集/回放處理器，所述字幕疊加處理器和視音頻采集/回放處理器與PCI EXPRESS總線接口通信連接，所述視頻輸入端口經(jīng)視頻解碼 器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述視頻輸出端口經(jīng)視頻編碼器與字幕疊 加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述音頻輸入輸出端口通過音頻編解碼器與視音頻采 集/回放處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
具體的講，所述字幕疊加處理器為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA，所述視音頻采 集/回放處理器為數(shù)字信號(hào)處理器DSP，數(shù)字信號(hào)處理器DSP配置有視頻采集/ 顯示接口和音頻輸入、輸出接口。
所述視音頻采集/回放處理器連接配置程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)緩存器，所述程序 存儲(chǔ)器用作視音頻采集/回放處理器的外部加載程序存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)緩存器存儲(chǔ) 視音頻采集/回放處理器處理的數(shù)據(jù)。
所述字幕疊加處理器通訊連接一單片機(jī)，所述字幕疊加處理器與單片機(jī)共 同完成所述處理系統(tǒng)中各個(gè)芯片和板卡功能初始化，并接受經(jīng)過PCI EXPRESS 總線接口連接的視頻服務(wù)器的功能設(shè)置。
所述字幕疊加處理器通訊連接一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)字 幕疊加處理器進(jìn)行處理的中間數(shù)據(jù)。
所述字幕疊加處理器通訊連接一 SDI接口 ，所述SDI接口用于與外部數(shù)字 視頻板卡的視頻數(shù)據(jù)傳輸交換。
所述音頻編碼解碼器通過視音頻時(shí)鐘同步電路連接字幕疊加處理器，所述 視音頻時(shí)鐘同歩電路采用芯片區(qū)2745完成視頻和音頻的同步。
該實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)可用于實(shí)時(shí)視頻/音頻處理卡的集成制造，主要組 成器件可包括對(duì)外部模擬視頻的視頻解碼器，對(duì)回放數(shù)據(jù)的視頻編碼器，對(duì)外 部輸入音頻的解碼和輸出音頻編碼的音頻編解碼器，對(duì)解碼后的視音頻數(shù)據(jù)的 采集和視頻服務(wù)器處理后的視音數(shù)據(jù)回放的視音頻采集/回放處理器，對(duì)視頻數(shù) 據(jù)處理的字幕疊加處理器，與視頻服務(wù)器與視頻服務(wù)器PCI EXPRESS總線進(jìn)行 數(shù)據(jù)交換的PCI EXPRESS總線接口，以及與外部數(shù)字視頻輸入輸出連接的SDI 接口等，視音頻數(shù)據(jù)采集/回放處理器采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP (digital singnal processor)數(shù)字信號(hào)處理器是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來 處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)， 再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回 模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每 秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，源源超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中曰益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度是最顯著的兩大特點(diǎn)。
視頻數(shù)據(jù)的字幕疊加處理器采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA，且此FPGA可與 視頻服務(wù)器計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制信息交換，和單片機(jī)共同完成邏輯和功能控制。FPGA (Field Programmable Gate Array)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、 GAL、 PLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng) 域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可 編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
PCI EXPRESS總線接口能夠完成視音頻數(shù)據(jù)采集/回放處理器、視頻數(shù)據(jù)的 字幕疊加處理器與視頻服務(wù)器通過PCI EXPRESS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令信息交
本實(shí)用新型的有益效果在于，該實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)能夠完成視音頻采 集和回放的同時(shí)處理與字幕疊加功能，同時(shí)處理速度更快，占用系統(tǒng)資源更少， 很好的完成視音頻的實(shí)時(shí)處理，該處理系統(tǒng)可用于現(xiàn)有視頻服務(wù)器計(jì)算機(jī)主板 中基于PCIEXPRESS總線插槽的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理卡的模塊化集成，克服現(xiàn)有 視音頻板卡技術(shù)上的缺陷。


圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的電路連接及信號(hào)流程示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，該實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)集成于一實(shí)時(shí)視頻/音頻處理卡上， PCI EXPRESS總線接口為一與PCI EXPRESS總線插槽配合的插口， PCI EXPRESS總線插槽為位于視頻服務(wù)器計(jì)算機(jī)主板上的配置。整個(gè)實(shí)時(shí)視頻/音頻 處理系統(tǒng)包括PCI EXPRESS總線接口、視音頻采集/回放處理器、字幕疊加處理 器、視頻解碼器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、單片機(jī)、視頻編碼器、視音頻時(shí)鐘同步電路、 音頻編解碼器、數(shù)據(jù)緩存器、程序存儲(chǔ)器、SDI接口。
字幕疊加處理器和視音頻采集/回放處理器與PCI EXPRESS總線接口通信 連接，視頻輸入端口經(jīng)視頻解碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，視頻輸出 端口經(jīng)視頻編碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，音頻輸入輸出端口通過音 頻編解碼器與視音頻采集/回放處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。字幕疊加處理器為現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列FPGA，視音頻采集/回放處理器為數(shù)字信號(hào)處理器DSP，數(shù)字信號(hào)處理器DSP配置有視頻采集/顯示接口和音頻輸入、輸出接口 。
本實(shí)用新型中，視音頻采集/回放處理器101采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP，達(dá) 到視音頻實(shí)時(shí)采集/回放的同時(shí)處理，型號(hào)為TMS320DM642,此款DSP為TI 公司設(shè)計(jì)的高效多媒體處理器，其處理速度可以達(dá)到5760MIPS，其擁有專用視 頻采集/顯示接口和音頻輸入輸出接口，且利用EDMA技術(shù)使數(shù)據(jù)的處理更加高 效，完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。程序存儲(chǔ)器用作DSP的外部加載程序存儲(chǔ)，數(shù)據(jù) 緩存器存儲(chǔ)DSP處理的數(shù)據(jù)，待發(fā)送給視頻服務(wù)器或視頻編碼器。
字幕疊加處理器采用的是Altera公司的FPGA，型號(hào)為EP1C6。字幕疊加 處理器完成視頻服務(wù)器對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行字幕疊加的功能，同時(shí)它與單片機(jī)共同 完成各個(gè)芯片和板卡功能初始化，以及接受視頻服務(wù)器的各功能設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng) 復(fù)位無效時(shí)，單片機(jī)開始運(yùn)行，首先開始讀取FLASH中的數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH中存 儲(chǔ)板卡的各種功能的狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中包括同步方式(自由運(yùn)行、外同步、信 號(hào)源同步)，信號(hào)源(復(fù)合、YC、分量、SDI)，行相位，場(chǎng)相位、亮度，對(duì)比 度，色調(diào)，飽和度，信號(hào)制式(PAL、 NTSC)，鎖相方式(VTR、 TV)，副載波 相位，音量。當(dāng)讀取完這些參數(shù)時(shí)，單片機(jī)用這些參數(shù)初始化各芯片。然后單 片機(jī)處于主模式，單片機(jī)向FPGA傳送如下數(shù)據(jù)同步方式、信號(hào)源、行相位、 場(chǎng)相位、信號(hào)制式。傳送完這些參數(shù)后，單片機(jī)進(jìn)入從模式，接著單片機(jī)回讀 初始化芯片的參數(shù)，若數(shù)值不對(duì)，則相應(yīng)的發(fā)光二極管開始閃爍。以后所有參 數(shù)的變化，由FPGA接收來自視頻服務(wù)器發(fā)來的控制命令進(jìn)行控制。FPGA檢測(cè) 到系統(tǒng)復(fù)位無效時(shí)，開始運(yùn)行。復(fù)位的一些參數(shù)初始值如下同步方式自由運(yùn) 行，信號(hào)源為復(fù)合信號(hào)，行相位為128，場(chǎng)相位為128，信號(hào)制式為PAL制。然 后FPGA等待MCU的初始化。初始化完成后，F(xiàn)PGA參數(shù)的變化由視頻服務(wù)器 發(fā)來的控制命令進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)FPGA進(jìn)行處理的中間數(shù)據(jù)， FPGA與SDI接口完成本實(shí)用新型與數(shù)字視頻板卡的視頻數(shù)據(jù)傳輸交換。
PCI EXPRESS總線接口所用芯片為PEX8111，此橋接芯片完成視音頻采集/ 回放處理器所用DSP和字幕疊加處理器所用FPGA與視頻服務(wù)器通過PCI EXPRESS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。采用PC正XPRESS總線技術(shù)，處理速度更快，占 用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源更少。
視頻解碼器采用芯片為TVP5147，此芯片采用IO位采樣，將CVBS或YC 或分量信號(hào)解碼成ITU-656視頻數(shù)據(jù)輸入字幕疊加處理器中的FPGA，經(jīng)過 FPGA的視頻數(shù)據(jù)選擇送給視音頻采集/回放處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。視頻編碼器采用芯片為SAA7128H，視音頻采集/回放處理器將回放的ITU-656 視頻數(shù)據(jù)經(jīng)字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇后由此芯片編碼為CVBS或YC或分 量信號(hào)輸出。
音頻編解碼器采用芯片CS4272，此芯片同時(shí)具有編碼和解碼功能，完成音 頻信號(hào)的編碼成IIS信號(hào)輸送給視音頻采集/回放處理器的音頻采集口，并將回 放的IIS信號(hào)解碼成音頻信號(hào)輸出。視音頻時(shí)鐘同步電路采用芯片MK2745完成 視音頻時(shí)鐘同步，使本系統(tǒng)能夠?qū)σ曇纛l數(shù)據(jù)同步處理。
本實(shí)用新型可以用在廣播電視行業(yè)視頻制作播出領(lǐng)域，當(dāng)用在電視臺(tái)制作 播出系統(tǒng)中時(shí)，采用該系統(tǒng)模塊集成的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理插在視頻服務(wù)器主板 的PCI EXPRESS總線插槽中，待播出的視頻信號(hào)經(jīng)過本卡采集到視頻服務(wù)器， 然后可以經(jīng)過本卡進(jìn)行字幕疊加、臺(tái)標(biāo)疊加和其他的處理后播出，同時(shí)可以應(yīng) 用本卡進(jìn)行回放監(jiān)視，可以做到實(shí)時(shí)采集、字幕疊加和回放監(jiān)視，且占用較少 的視頻服務(wù)器系統(tǒng)資源。同樣，本卡也可以應(yīng)用在視頻點(diǎn)播等視頻播出系統(tǒng)中。
權(quán)利要求1. -一種實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，包括PCI EXPRESS總線接口、視頻輸入、 輸出端口和音頻輸入輸出端口，其特征在于所述實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)包括一 字幕疊加處理器和一視音頻采集/回放處理器，所述字幕疊加處理器和視音頻采 集/回放處理器與PCI EXPRESS總線接口通信連接，所述視頻輸入端口經(jīng)視頻解 碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述視頻輸出端口經(jīng)視頻編碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述音頻輸入輸出端口通過音頻編解碼器與視音頻 采集/回放處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述字幕疊 加處理器為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA，所述視音頻采集/回放處理器為數(shù)字信號(hào)處 理器DSP，數(shù)字信號(hào)處理器DSP配置有視頻采集/顯示接口和音頻輸入、輸出接 口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述視音頻 采集/回放處理器連接配置程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)緩存器，所述程序存儲(chǔ)器用作視音 頻采集/回放處理器的外部加載程序存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)緩存器存儲(chǔ)視音頻采集/回放 處理器處理的數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述字幕疊 加處理器通訊連接一單片機(jī)，所述字幕疊加處理器與單片機(jī)共同完成所述處理 系統(tǒng)中各個(gè)芯片和板卡功能初始化，并接受經(jīng)過PCI EXPRESS總線接口連接的 視頻服務(wù)器的功能設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述字幕疊 加處理器通訊連接一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)字幕疊加處理器進(jìn) 行處理的中間數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述字幕 疊加處理器通訊連接一 SDI接口 ，所述SDI接口用于與外部數(shù)字視頻板卡的視 頻數(shù)據(jù)傳輸交換。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述音頻 編碼解碼器通過視音頻時(shí)鐘同步電路連接字幕疊加處理器，所述視音頻時(shí)鐘同 步電路采用芯片MK2745完成視頻和音頻的同歩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)集成于一實(shí)時(shí)視頻/音頻處理卡上，所述PCI EXPRESS總線 接口為一與PCI EXPRESS總線插槽配合的插口 。
專利摘要一種實(shí)時(shí)視頻/音頻處理系統(tǒng)，它包括一字幕疊加處理器和一視音頻采集/回放處理器，所述字幕疊加處理器和視音頻采集/回放處理器與PCI EXPRESS總線接口通信連接，所述視頻輸入端口經(jīng)視頻解碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述視頻輸出端口經(jīng)視頻編碼器與字幕疊加處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述音頻輸入輸出端口通過音頻編解碼器與視音頻采集/回放處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。本實(shí)用新型能夠完成視音頻采集和回放的同時(shí)處理與字幕疊加功能，同時(shí)處理速度更快，占用系統(tǒng)資源更少，很好的完成視音頻的實(shí)時(shí)處理，該處理系統(tǒng)可用于現(xiàn)有視頻服務(wù)器計(jì)算機(jī)主板中基于PCIEXPRESS總線插槽的實(shí)時(shí)視頻/音頻處理卡的模塊化集成，克服現(xiàn)有視音頻板卡技術(shù)上的缺陷。
文檔編號(hào)H04N5/262GK201156777SQ200720310960
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
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