一种支持同步切换的数字交换矩阵和数字图像的同步切换方法

摘要

本发明公开了一种支持同步切换的数字交换矩阵，包括输入卡、输出卡、交换背板、控制接口板，其中，所述输入卡包含接收模块、输入接口，所述接收模块的输入与输入接口相连，输出端与所述交换背板的交换芯片的输入相连；所述输出卡包含图像优化模块、发送模块和输出接口，所述发送模块的输入与图像优化模块的输出端相连，输出端与输出接口相连；所述交换背板包含交换芯片、CPU芯片、FPGA芯片、同步分离芯片，所述交换芯片的输出端与图像优化模块的输入端相连，也连接一路到FPGA的serdes接口，同步分离芯片的输出与FPGA相连；所述控制接口板包含RS485同步信号接收芯片、外接BNC接口，和RS232和/或RS485接收芯片。从而解决视频图像切换过程中带来的传输延时和图像不稳定的问题，避免图像切换中对用户造成的视觉冲击。

说明书

技术领域

本发明涉及视频技术领域，尤其涉及一种支持同步切换的数字交换矩阵和数字图像的同步切换方法。

背景技术

目前，市场上的图像交换矩阵所采用的核心交换芯片有FPGA、Crosspoint Switch芯片等方案，其中，FPGA方案需要对视频数据进行串并转换以及编解码，会对视频的传输带来延迟。

同时，目前视频图像的切换方式大多是根据切换命令直接完成切换操作的，这样一来，图像在切换的过程中可能会出现不稳定的状态，甚至会出现短暂的黑屏现象，从而带来视觉上的冲击，影响观看效果。

另外，目前市场上少数支持同步切换的交换矩阵产品，基本上是基于FPGA切换方案的，这样的方案一是会带来延时，二是该类型的同步源来自产品内部，只能用于单个产品的内同步，难以与外接其他产品实现同步操作，具有很大的局限性。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有数字视频图像切换技术存在的缺陷，提供一种支持同步切换的高带宽数字交换矩阵和数字图像的同步切换方法，以解决图像切换过程中带来的图像延时、图像不稳定等问题，并提供了基于以上支持同步切换的数字交换矩阵的同步方法，在实际应用中，所述数字交换矩阵可根据不同的应用环境支持不同的同步模式。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出了一种支持同步切换的数字交换矩阵，所述支持同步切换的数字交换矩阵是通过以下的技术方案实现的：

一种支持同步切换的数字交换矩阵，所述数字交换矩阵包括：输入卡、输出卡、交换背板、控制接口板，其中，

所述输入卡包含接收模块、输入接口，所述接收模块的输入端与输入接口相连，输出端与所述交换背板的交换芯片的输入端相连；

所述输出卡包含图像优化模块、发送模块和输出接口，所述发送模块的输入端与图像优化模块的输出端相连，输出端与输出接口相连；

所述交换背板包含交换芯片、CPU芯片、FPGA芯片、同步分离芯片，所述交换芯片的输出端与图像优化模块的输入端相连，交换芯片的输出也连接一路到FPGA的serdes接口，所述同步分离芯片的输出端与FPGA相连；

所述控制接口板包含RS485接口、外接BNC接口，和RS232和/或RS485接口。

进一步优选地，所述接收模块包括接收光模块和/或电缆均衡器芯片。

进一步优选地，所述输入接口包括BNC输入接口和/或LC/PC光输入接口。

进一步优选地，所述发送模块包括发送光模块和/或驱动器芯片。

进一步优选地，所述输出接口包括BNC输出接口和/或LC/PC光输出接口。

进一步优选地，所述交换芯片包括专用高速Crosspoint Switch交换芯片。

为了实现前述发明目的，本发明实施例还提出了一种基于以上支持同步切换的数字交换矩阵的同步切换方法，所述方法是通过以下技术方案实现的：

一种基于以上支持同步切换的数字交换矩阵的数字图像的同步切换方法，所述方法是通过以下技术方案实现的：

一种数字图像的同步切换方法，所述方法包括以下步骤：

当需要进行数字图像的切换操作时，CPU接收到操作命令，将接收到的所述操作命令解析后送入FPGA；

处于待执行命令状态的FPGA接收到解析后的操作命令后，检测同步源信号，并判断所述同步源当前处于的场区域；

当检测到场消隐期到来时，FPGA发执行命令给交换芯片；

交换芯片在场消隐期内执行切换操作，完成所述数字图像的切换操作。

进一步优选地，所述方法还包括：

预先根据实际应用的需要，选择所述数字图像的同步模式。

进一步优选地，所述同步模式包括：

外接RS485电气特性的同步源输入，所述同步源包含行、场同步信号，经过RS485接收芯片后直接进入FPGA，通过FPGA分离出行、场同步信号；

或外接模拟同步源输入，通过同步分离芯片分离出行、场同步信号，输入FPGA；

或通过交换芯片切换一路输入视频给FPGA的serdes输入，通过FPGA分解出行、场信号。

与现有技术相比，本发明实施例提供的支持同步切换的高带宽数字交换矩阵和数字图像的同步切换方法，解决了视频图像切换时的传输延时和图像不稳定的问题，避免了图像切换过程中对用户造成的视觉冲击，在一定程度上延长了后面设备的寿命；同时支持多种同步模式可选，保证了图像同步切换功能；另外，本发明实施例技术方案支持光纤接入和光纤输出，可方便应用于远距离传输；同时，本发明实施例采用插卡式设计，可灵活配置不同的接口类型和切换容量。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例1一种支持同步切换的数字交换矩阵的系统结构图；

图2为本发明实施例2一种支持同步切换的数字交换矩阵的系统实施图；

图3为本发明实施例3一种支持同步切换的数字交换矩阵的系统后视图；

图4为本发明实施例4一种数字图像的同步切换方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实施例1一种支持同步切换的数字交换矩阵的系统结构图，所述支持同步切换的数字交换矩阵可采用插卡式设计，以灵活配置不同的接口类型和切换容量。

具体包括：

一种支持同步切换的数字交换矩阵，所述数字交换矩阵包括：输入卡、输出卡、交换背板、控制接口板，其中，

所述输入卡包含接收模块、输入接口，所述接收模块的输入端与输入接口相连，输出端与所述交换背板的交换芯片的输入端相连；

所述输出卡包含图像优化模块、发送模块和输出接口，所述发送模块的输入端与图像优化模块的输出端相连，输出端与输出接口相连；

所述交换背板包含交换芯片、CPU芯片、FPGA芯片、同步分离芯片，所述交换芯片的输出端与图像优化模块的输入端相连，交换芯片的输出也连接一路到FPGA的serdes接口，所述同步分离芯片的输出端与FPGA相连；

所述控制接口板包含RS485接口、外接BNC接口，和RS232和/或RS485接口。

进一步优选地，所述接收模块包括接收光模块和/或电缆均衡器芯片。

进一步优选地，所述输入接口包括BNC输入接口和/或LC/PC光输入接口。

进一步优选地，所述发送模块包括发送光模块和/或驱动器芯片。

进一步优选地，所述输出接口包括BNC输出接口和/或LC/PC光输出接口。

进一步优选地，所述交换芯片包括专用高速Crosspoint Switch交换芯片。

进一步优选地，所述图像优化模块包括Reclock芯片。

从而避免了采用FPGA方案造成的图像延迟等问题，同时，切换响应时间也比FPGA方案快很多。

如图2所示，为本发明实施例2支持同步切换的数字交换矩阵具体实施图，支持同步切换的高带宽数字交换矩阵，采用插卡式设计，包括输入卡、输出卡、交换背板、控制接口板。

所述的输入卡包括BNC接口输入卡和光接口输入卡两种类型，其中BNC接口输入卡包含BNC输入接口1、电缆均衡器芯片2；

光接口输入卡包含LC/PC光输入接口3、接收光模块4。

所述的输出卡包括BNC接口输出卡和光接口输出卡两种类型，其中BNC接口输出卡包含Reclock芯片5、驱动器芯片6、BNC输出接口7；光接口输出卡包含Reclock芯片5、发送光模块8、LC/PC光输出接口9。

所述交换背板包含交换芯片10、CPU芯片16、FPGA芯片15、同步源输入BNC接口11、同步源输入差分接口13、同步分离芯片12、RS485接收芯片14；

根据图2所示的系统实施图，输入卡上的BNC输入接口1或LC/PC光输入接口3与电缆均衡器芯片2或接收光模块4的输入端相连，均衡器芯片2或接收光模块4的输出端与交换背板上交换芯片10的输入端相连，交换芯片10的输出端与输出卡上的Reclock芯片5的输入端相连，输出卡上的Reclock芯片5的输出端与驱动器芯片6或发送光模块8的输入端相连，驱动器芯片6或发送光模块8的输出端与BNC输出接口7或LC/PC光输出接口9相连；

外部RS485同步源输入接口13与RS485接收芯片14相连，然后输入到FPGA15；外部输入同步源BNC接口11与同步分离芯片12相连，同步分离芯片12的输出端与FPGA15相连；交换芯片10的输出端也连接一路到FPGA15的serdes接口；压线座子26和压线座子28分别为RS232和RS485通信接口，与RS232接收芯片25和RS485接收芯片27相连；RS232接收芯片25和RS485接收芯片27的输出端分别与CPU16相连；CPU16与系统内需要控制的芯片相连。

如图3所示，为该发明实施例3的产品后视图，通讯接口17包含两种类型，分别是RS232和RS485接口，两个接口相互独立，可以同时使用；电源接口18支持220V AC接入；同步源差分输入接口19支持环出；同步源BNC输入接口20支持环出；光接口输入卡21、BNC接口输入卡22可同时接入使用；光接口输出卡23、BNC接口输出卡24可同时接入使用；增加了接口配置的灵活性，使用起来更加方便。

根据图2所示的系统实施图，所述的均衡器芯片2型号可以是LMH0344、M21324或LMH0394支持最大200m电缆接入；交换芯片10型号可以为M21121；Reclock芯片5型号可以为M21250；驱动器芯片6型号可以为M21328、LMH0303；所述的接收光模块4、发送光模块8可为3.2Gbps光模块，波长为1470-1610nm；FPGA15为Lattice ECP2系列FPGA芯片；CPU16可选用STM32系列芯片；同步分离芯片12可选用LMH1981；RS485接收芯片1427型号可以为ISL83075；RS232接收芯片为MAX3232；BNC接口1711可以为75欧姆BNC母座；差分接口13可以为3pin直插接线座；压线座子2628可以为3pin直插接线座。

为了更好的实现同步切换功能，保证图像切换过程中不会给用户带来不必要的视觉冲击，以及图像不稳定的问题，本发明实施例要求输入的视频源和同步源完全场同步。

本发明以上实施例的技术方案提供的支持同步切换的数字交换矩阵可支持三种同步模式：

1外同步源通过差分接口输入，经过RS485接收芯片转换后进入FPGA芯片；

2外同步源通过BNC接口输入，经过同步分离芯片LMH1981后，将LMH1981输出的同步信号输入FPGA芯片；

3将输入的视频源通过交换芯片切换一路输出到FPGA的serdes，然后通过FPGA解出同步信号，做为同步源使用；当有切换操作命令时，FPGA将在场消隐期完成切换命令的执行。

根据上述的同步要求，输入的外同步源必须和输入的视频源场同步，所有输入的视频源也必须场同步。

根据上述的方案，该支持同步切换的高带宽数字交换矩阵产品支持最多4张输入卡、32路视频输入，支持最多4张输出卡、32路视频输出；支持BNC接口卡和光接口卡同时混合使用。

与现有技术相比，本发明实施例提供的支持同步切换的高带宽数字交换矩阵，解决了视频图像切换时的传输延时和图像不稳定的问题，避免了图像切换过程中对用户造成的视觉冲击，在一定程度上延长了后面设备的寿命；同时支持多种同步模式可选，保证了图像同步切换功能；另外，本发明实施例技术方案支持光纤接入和光纤输出，可方便应用于远距离传输；同时，本发明实施例采用插卡式设计，可灵活配置不同的接口类型和切换容量。

如图4所示，本发明实施例4还提供了一种数字图像的同步切换方法，所述方法包括以下步骤：

S101.当需要进行数字图像的切换操作时，CPU接收到操作命令，将接收到的所述操作命令解析后送入FPGA；

S102.处于待执行命令状态的FPGA接收到解析后的操作命令后，检测同步源信号，并判断所述同步源当前处于的场区域；

S103.当检测到场消隐期到来时，FPGA发执行命令给交换芯片；

S104.交换芯片在场消隐期内执行切换操作，完成所述数字图像的切换操作。

进一步优选地，所述方法还包括：

预先根据实际应用的需要，选择所述数字图像的同步模式。

进一步优选地，所述同步模式包括：

外接RS485电气特性的同步源输入，所述同步源包含行、场同步信号，经过RS485接收芯片后直接进入FPGA，通过FPGA分离出行、场同步信号；

或外接模拟同步源输入，通过同步分离芯片分离出行、场同步信号，输入FPGA；

或通过交换芯片切换一路输入视频给FPGA的serdes输入，通过FPGA分解出行、场信号。

根据本发明以上实施例提供的支持同步切换的数字交换矩阵，其工作流程如下：

32路输入视频首先通过输入卡上的BNC接口1或LC/PC光接口3输入到均衡器芯片2或接收光模块4进行均衡放大处理或光电转换处理；

经过均衡放大处理或光电转换处理后的视频数据再进入交换背板的交换芯片10，交换芯片10对输入的32路视频进行32×32的同步切换操作，并将切换后的视频图像通过相应的输出引脚输出到输出卡的Reclock芯片5；

通过Reclock芯片5对要输出的图像进行去抖动处理，对输出图像的视频指标进行优化；

然后再送入到驱动器芯片6或发送光模块8进行驱动或光电转换，最后通过输出卡上的BNC接口7或LC\PC光接口9输出。

根据图2所示的系统实施图，输出卡上的Reclock芯片5具有自适应锁定功能，能够对输入的270Mbps、1.485Gbps、2.97Gbps数据率视频进行自动检测并锁定，并对不同的格式做出不同的配置，以适应不同格式的指标要求。

根据图2所示的系统结构图，本发明实施例包含三种同步模式：

1、外接RS485电气特性的同步源输入，该同步源包含行、场同步信息，经过RS485接收芯片14后直接进入FPGA15，通过FPGA15分离出行、场信号；

2、外接模拟同步源输入，通过同步分离芯片12LMH1981分离出行、场同步信号，并送入FPGA15；

3、通过交换芯片10切换一路输入视频给FPGA15的serdes输入，然后通过FPGA15解出行、场信号。

根据图2所示的系统实施图，该发明实施例3的同步切换实现方式如下：

首先根据实际应用环境，以及实际需求在三种同步模式中任意选择一种；

当有切换操作需要执行时，首先上层软件发命令给CPU16，CPU16将解析后的操作命令送入FPGA15；

此时，FPGA15处于待执行命令状态，然后开始检测场同步信号，并判断视频当前处于的场区域；

当检测到场消隐期到来时，FPGA15即刻发命令给交换芯片10执行切换操作；该交换芯片10执行切换操作的时间很短，所有操作都在场消隐期完成，避免了切换过程中有可能带来的图像数据丢失以及图像不稳定的问题。

与现有技术相比，本发明实施例提供基于支持同步切换的高带宽数字交换矩阵的数字图像同步切换方法，解决了视频图像切换时的传输延时和图像不稳定的问题，避免了图像切换过程中对用户造成的视觉冲击，在一定程度上延长了后面设备的寿命；同时支持多种同步模式可选，保证了图像同步切换功能；另外，本发明实施例技术方案支持光纤接入和光纤输出，可方便应用于远距离传输；同时，本发明实施例采用插卡式设计，可灵活配置不同的接口类型和切换容量。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。