帶網(wǎng)絡(luò)解碼功能的多屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 靜，葉志龍，安 康

(1.杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院電氣機(jī)械工程系，浙江杭州310012;2.杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司，浙江杭州310052)

在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端，通常會(huì)有大屏幕控制系統(tǒng)。但現(xiàn)在的大屏幕控制產(chǎn)品(多屏控制器)只能接收視頻、RGB等模擬信號(hào)，而無(wú)法直接接收前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或者硬盤錄像機(jī)(DVR)傳送過(guò)來(lái)的IP碼流信號(hào)。這樣客戶在使用時(shí)就需要首先通過(guò)解碼器將遠(yuǎn)程傳輸過(guò)來(lái)的IP碼流先解碼，然后將解碼后的模擬視頻或RGB信號(hào)送給多屏控制器。客戶在使用的時(shí)候需要分別控制解碼器軟件和多屏控制器軟件。其次，IP數(shù)字碼流先解碼再按照模擬信號(hào)格式送給多屏控制器，會(huì)引起圖像質(zhì)量的衰減［1－3］。本文設(shè)計(jì)了一種帶解碼功能的多屏控制器，將IP碼流信號(hào)解碼功能和信號(hào)拼接顯示功能集成在一臺(tái)設(shè)備中完成，這樣既方便了客戶操作，又確保了信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)也減少了系統(tǒng)連線。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1是傳統(tǒng)多屏控制器框圖。

圖1 傳統(tǒng)多屏控制器框圖

由圖1可知，傳統(tǒng)多屏控制器只能接受BNC視頻信號(hào)或者RGB信號(hào)，而無(wú)法直接接入網(wǎng)絡(luò)碼流。而現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)中，如果要調(diào)用遠(yuǎn)程的監(jiān)控碼流，需要先使用解碼器將網(wǎng)絡(luò)數(shù)字壓縮碼流解碼還原成原始圖像數(shù)據(jù)，之后需要將解碼后的原始圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬BNC或者模擬RGB信號(hào)輸出給多屏控制器。多屏控制器在接收端需要將模擬信號(hào)再次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并最終控制圖像輸出給顯示墻。

為了解決IP碼流信號(hào)的多次模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種帶網(wǎng)絡(luò)解碼功能的控制器，控制器的框圖如圖2所示。

由圖2可知，本文所設(shè)計(jì)的控制器采用主機(jī)插卡的設(shè)計(jì)方式。在一臺(tái)多屏控制器主機(jī)內(nèi)，可以插不同的板卡，包括BNC輸入板、RGB輸入板、網(wǎng)絡(luò)碼流輸入板、主控板和輸出板。其中，網(wǎng)絡(luò)輸入板主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)H.264壓縮圖像碼流的接收，并利用高端處理芯片做信號(hào)解碼。在多屏控制器拼接顯示時(shí)，輸入板會(huì)將解碼后原始圖像信號(hào)做分割，并將分割后的各個(gè)畫面模塊通過(guò)PCIe告訴交換總線發(fā)送到各個(gè)輸出板對(duì)應(yīng)的輸出通道。輸出板的輸出通道處理模塊在接收到畫面模塊后，根據(jù)縮放比例，將畫面模塊做縮小或者放大，并最終通過(guò)VGA或者DVI接口輸出給顯示屏。

圖2 帶網(wǎng)絡(luò)解碼功能的控制器框圖

2 解碼輸入板的實(shí)現(xiàn)

圖3是解碼輸入板的邏輯框圖。

圖3 解碼輸入板邏輯框圖

從圖3可知，解碼板主要由網(wǎng)口芯片和DSP芯片組成。其中，網(wǎng)口芯片主要負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為DSP可以接收的數(shù)字信號(hào)格式，并送給DSP的網(wǎng)絡(luò)輸入模塊。DSP主要分為碼流接收模塊，碼流解包模塊、H.264解碼模塊和多屏控制模塊。其中，碼流接收模塊主要負(fù)責(zé)接收TCP/IP碼流信號(hào)，去除TCP/IP控制數(shù)據(jù)信息，得到原始H.264碼流。碼流解包模塊主要負(fù)責(zé)識(shí)別H.264數(shù)據(jù)打包格式，并去除打包控制信息，獲取純圖像碼流。H.264解碼模塊則主要負(fù)責(zé)圖像碼流解碼，得到原始圖像信號(hào)。多屏控制模塊在接收到原始圖像信號(hào)后，根據(jù)多屏控制器的拼接需求，對(duì)圖像畫面做分割、縮放等控制，并將最后的數(shù)據(jù)通過(guò)PCIe高速傳輸總線輸出給對(duì)應(yīng)的輸出通道。

圖4是網(wǎng)絡(luò)解碼板的整體軟件設(shè)計(jì)流程圖。

圖4 網(wǎng)絡(luò)輸入板程序流程圖

網(wǎng)絡(luò)輸入板的軟件流程主要包括系統(tǒng)啟動(dòng)、解碼控制、多屏處理控制、PCIe傳輸?shù)取Ｏ到y(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，DSP UBoot啟動(dòng)，并初始化內(nèi)存等模塊。UBoot模塊之后下載內(nèi)核和文件系統(tǒng)。之后內(nèi)核啟動(dòng)，初始化PCIe模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊等。其中PCIe模塊主要包括配置PCIe模塊寄存器，配置PCIe地址等。網(wǎng)絡(luò)模塊的初始化主要包括網(wǎng)口芯片寄存器配置、DSP模塊初始化、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存分配等。內(nèi)核啟動(dòng)完畢之后會(huì)掛載文件系統(tǒng)，至此，系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。

在系統(tǒng)啟動(dòng)完畢之后，網(wǎng)絡(luò)解碼模塊開始接收網(wǎng)絡(luò)碼流，并對(duì)碼流做解包、解碼、多屏控制等操作。其中多屏控制的主要方法就是根據(jù)顯示墻拼接的需求，對(duì)畫面做分割。分割后的圖像最后通過(guò)PCIe傳輸?shù)捷敵鐾ǖ馈?/p>

3 輸出板的實(shí)現(xiàn)

輸出板的實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)的無(wú)網(wǎng)絡(luò)碼流輸入的控制一致。圖5是輸出板的邏輯框圖。

圖5 輸出板設(shè)計(jì)框圖

如上圖所示，輸出板首先通過(guò)PCIe高速總線接收輸入板送過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)，之后根據(jù)原始圖像大小和最終顯示圖像大小的比例關(guān)系來(lái)計(jì)算圖像縮放系數(shù)并完成圖像縮放。不同的圖層數(shù)據(jù)在完成縮放之后做疊加，并最后通過(guò)DSP輸出模塊輸出BT.1120格式的數(shù)字圖像。BT.1120格式的數(shù)字圖像最后通過(guò)視頻輸出芯片處理，輸出VGA圖像或者DVI高清數(shù)字圖像。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)的帶網(wǎng)絡(luò)解碼功能的多屏控制器解決了傳統(tǒng)多屏控制器無(wú)法直接接收網(wǎng)絡(luò)H.264圖像碼流的問(wèn)題，可以方便圖像的接入。在網(wǎng)絡(luò)壓縮圖像和多屏控制器之間可以不再需要使用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)解碼器，既避免了圖像多次A/D或D/A引起的圖像失真，又使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔、易用。同時(shí)，客戶在需要查看遠(yuǎn)程監(jiān)控圖像時(shí)，以前需要先操作解碼器、再操作多屏控制器，比較麻煩。而有了帶網(wǎng)絡(luò)解碼功能的多屏控制器之后，客戶在查看遠(yuǎn)程監(jiān)控圖像時(shí)，可以只需要操作多屏控制器即可，大大方便了客戶的使用。

［1］High－definition multimedia interface specification version 1.3［EB/OL］.［2011－12－20］.http：//download.csdn.net/detail/jlctt/226377.

［2］黃慶敏，羅鍵.HDMI接口標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用設(shè)計(jì)［J］.電視技術(shù)，2007，31(2)：32－34.

［3］陳建英.EDID在HDMI高清設(shè)備中的應(yīng)用［J］.電子產(chǎn)品世界，2008(1)：115.