一種多視頻視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一種多視頻視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控是在線實(shí)時(shí)視頻獲取的技術(shù)。隨著寬度信息網(wǎng)絡(luò)在社會(huì)生活和工作中的普及，視頻監(jiān)控技術(shù)在教育、政府、娛樂、醫(yī)療、酒店、體育等領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，這已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)領(lǐng)域。早期的視頻監(jiān)控主要基于模擬信號(hào)技術(shù),典型的應(yīng)用系統(tǒng)有閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)等,采用視頻電纜以模擬方式傳輸圖像信息,傳輸距離不能太遠(yuǎn),一般用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控,監(jiān)控圖像只能在控制中心監(jiān)視器上查看視頻交換矩陣是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元之一,實(shí)現(xiàn)任意路視頻信號(hào)輸入到任意路數(shù)視頻信號(hào)輸出的切換,在安防系統(tǒng)中則起到多路音視頻輸入、少路音視頻輸出的重點(diǎn)監(jiān)控作用。本文設(shè)計(jì)了一種非壓縮數(shù)字化視頻交換矩陣,適用于數(shù)字、模擬兩種類型視頻的交換,其功能模塊可以靈活地?cái)U(kuò)展配置,具有視頻質(zhì)量高、輸入輸出容量大等突出優(yōu)點(diǎn)。2非壓縮數(shù)字視頻傳輸交換模塊按實(shí)現(xiàn)視頻切換的不同方式,視頻交換矩陣分為模擬矩陣和數(shù)字矩陣。傳統(tǒng)的模擬矩陣在模擬視頻層進(jìn)行信號(hào)切換,主要采用單片機(jī)或更復(fù)雜的芯片控制模擬開關(guān),實(shí)現(xiàn)單路畫面上電視墻。數(shù)字矩陣則在數(shù)字視頻層進(jìn)行視頻切換,其過程可以是同步的也可以是異步的。數(shù)字矩陣的核心是對數(shù)字視頻信號(hào)的處理和傳輸,系統(tǒng)中采用高速數(shù)字處理芯片,與前端輸入設(shè)備無縫結(jié)合成為一個(gè)整體,使得信號(hào)切換很平穩(wěn),避免出現(xiàn)模擬矩陣所具有的瞬間中斷信號(hào)、閃爍和雪花等現(xiàn)象。相比模擬矩陣監(jiān)控顯示,數(shù)字化視頻交換矩陣的顯示靈活得多,在相同情況下所需監(jiān)視器的數(shù)量也可大為減少?，F(xiàn)有的數(shù)字矩陣通常對數(shù)字視頻信號(hào)處理采用了壓縮方式。國際上基于各種算法的數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)已有較多,如MPEG-2/MPEG-4或H.264等本文所設(shè)計(jì)的非壓縮數(shù)字視頻交換矩陣,視頻信號(hào)不經(jīng)過壓縮直接送入矩陣進(jìn)行處理,使得視頻信息不損失,保證清晰地還原模擬視頻信號(hào),視頻信號(hào)質(zhì)量甚至可以達(dá)到廣播質(zhì)量要求,其原理可以用圖1表示。非壓縮數(shù)字視頻交換矩陣先對輸入的多路模擬視頻信號(hào)進(jìn)行功率放大,以利于驅(qū)動(dòng)后續(xù)的處理電路,之后,模擬視頻信號(hào)經(jīng)數(shù)字化編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。與此對應(yīng)在視頻輸出端增加數(shù)模譯碼,將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。經(jīng)過這樣的處理,使得模擬視頻信號(hào)能夠以數(shù)字方式進(jìn)行信號(hào)切換。數(shù)字矩陣的核心部分是數(shù)字視頻信號(hào)傳輸交換模塊,它代替了模擬矩陣中的模擬視頻切換開關(guān)。數(shù)字視頻信號(hào)傳輸交換模塊由高速數(shù)字視頻交換模塊、非壓縮數(shù)字視頻輸入和輸出總線等構(gòu)成。非壓縮數(shù)字視頻輸入和輸出總線提供了全速率的數(shù)字視頻接口,不僅可以接收模擬視頻的數(shù)字化視頻編碼信號(hào),也能夠用于直接接收非壓縮數(shù)字視頻信號(hào)。因此,該數(shù)字視頻交換矩陣具備處理模擬視頻和數(shù)字視頻的雙重功能。3視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)非壓縮數(shù)字視頻交換矩陣的實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。視頻信號(hào)首先經(jīng)過數(shù)字化處理,在ARM控制器和可編程邏輯控制器的共同工作下,由鍵盤選擇或PC機(jī)控制,可任意選擇120路輸入視頻信號(hào)中的任何40路視頻信號(hào)輸出。同時(shí),系統(tǒng)留有擴(kuò)展口,對于大于120路視頻輸入路數(shù)的視頻監(jiān)控中心,可以使用無損級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行擴(kuò)容。在設(shè)計(jì)上支持模塊化和即插即用(PnP),可以隨時(shí)通過增加或減少模塊來增加或減少視頻信號(hào)輸入和輸出。設(shè)備主控芯片采用當(dāng)今性價(jià)比最高的可編程邏輯器件和ARM控制器來設(shè)計(jì),對設(shè)備中用量較多的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片選擇通用的芯片,可降低設(shè)備的整機(jī)的成本。針對于高速數(shù)字視頻信號(hào)處理,在芯片選用上特別注重工作速度指標(biāo)。并且,在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮數(shù)字信號(hào)對模擬信號(hào)的干擾問題,在布線時(shí)必須考慮高速信號(hào)對慢速信號(hào)的干擾問題。背板固定安裝在系統(tǒng)內(nèi)部靠后擋板的位置,為各個(gè)槽位提供所需的走線連接,并起到一定的穩(wěn)固插卡的作用。背板提供電源、管理、數(shù)據(jù)和預(yù)留等總線,如圖3所示。這樣設(shè)計(jì)的好處是成本低、板卡通用性好,缺點(diǎn)是對于高頻信號(hào)的阻抗匹配較難控制。背板留有40路視頻的BLVDS總線,采用FPGA直接提供BLVDS接口,并且每個(gè)BLVDS接口都是雙向的,設(shè)計(jì)簡潔。圖3中,每個(gè)輸入輸出卡的視頻輸入數(shù)和輸出數(shù)可以根據(jù)用戶需求靈活配置(硬件模塊化配置)。另外輸入輸出卡留有一個(gè)1.25G的光纖接口,用來進(jìn)行容量擴(kuò)展和監(jiān)控中心之間的視頻資源聯(lián)網(wǎng)和調(diào)度?？刂瓶ㄘ?fù)責(zé)對整個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。同時(shí)支持視頻控制鍵盤的連接;支持通過以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。控制卡和各個(gè)輸入輸出卡之間采用非?？煽康腃AN-BUS總線進(jìn)行通信。各個(gè)板卡支持熱插拔。該數(shù)字視頻交換矩陣將模擬視頻信號(hào)處理和DVR整合到一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)里,可以實(shí)現(xiàn)任意畫面上電視墻,為單臺(tái)監(jiān)視器提供單畫面、四畫面、十三畫面、十六畫面、畫中畫等多種顯示模式,輸出順序、轉(zhuǎn)換時(shí)間可以通過矩陣控制界面編程設(shè)置。具有鍵盤選配功能,以及提供對于云臺(tái)、塊球的鼠標(biāo)單鍵控制功能。所有電路模塊采用了小型化、標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu),機(jī)架尺寸高度采用8U,寬度為19英寸,深度280毫米。這樣設(shè)計(jì)增強(qiáng)了設(shè)備安裝的通用性,可直接安裝到現(xiàn)有的機(jī)架上。交換矩陣的視頻指標(biāo)如表1所示。4數(shù)字視頻系統(tǒng)的深度智能化給出了非壓縮數(shù)字視頻交換處理的實(shí)現(xiàn)方法,與普通的壓縮編碼數(shù)字視頻交換相比,具有不損失視頻信息、圖像質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。該交換矩陣的結(jié)構(gòu)具有可擴(kuò)展性和模塊化特點(diǎn),應(yīng)用靈活簡便。通過對于高速信號(hào)處理、數(shù)模兼容等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的恰當(dāng)設(shè)計(jì),保證了系統(tǒng)的性能。得益于高速芯片等的硬件性能的不斷提高,必然使數(shù)字矩陣的功能不斷提升、不斷向高端發(fā)展。與此同時(shí),隨著軟件技術(shù)發(fā)展,不斷有更復(fù)雜、更智能的圖像處理算法被提出和得到應(yīng)用,比如智能的移動(dòng)檢測、智能識(shí)別技術(shù)(人臉識(shí)別,指紋識(shí)別、車牌識(shí)別、簽名識(shí)別)目前都已經(jīng)有了比較成熟的應(yīng)用,這