帶網絡解碼功能的多屏控制系統設計

李 靜，葉志龍，安 康

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

在高清視頻監控系統終端，通常會有大屏幕控制系統。但現在的大屏幕控制產品(多屏控制器)只能接收視頻、RGB等模擬信號，而無法直接接收前端網絡攝像機或者硬盤錄像機(DVR)傳送過來的IP碼流信號。這樣客戶在使用時就需要首先通過解碼器將遠程傳輸過來的IP碼流先解碼，然后將解碼后的模擬視頻或RGB信號送給多屏控制器。客戶在使用的時候需要分別控制解碼器軟件和多屏控制器軟件。其次，IP數字碼流先解碼再按照模擬信號格式送給多屏控制器，會引起圖像質量的衰減［1－3］。本文設計了一種帶解碼功能的多屏控制器，將IP碼流信號解碼功能和信號拼接顯示功能集成在一臺設備中完成，這樣既方便了客戶操作，又確保了信號質量，同時也減少了系統連線。

1 系統設計

圖1是傳統多屏控制器框圖。

圖1 傳統多屏控制器框圖

由圖1可知，傳統多屏控制器只能接受BNC視頻信號或者RGB信號，而無法直接接入網絡碼流。而現有的監控系統中，如果要調用遠程的監控碼流，需要先使用解碼器將網絡數字壓縮碼流解碼還原成原始圖像數據，之后需要將解碼后的原始圖像數據轉換為模擬BNC或者模擬RGB信號輸出給多屏控制器。多屏控制器在接收端需要將模擬信號再次轉換為數字信號，并最終控制圖像輸出給顯示墻。

為了解決IP碼流信號的多次模數、數模轉換問題，本系統設計了一種帶網絡解碼功能的控制器，控制器的框圖如圖2所示。

由圖2可知，本文所設計的控制器采用主機插卡的設計方式。在一臺多屏控制器主機內，可以插不同的板卡，包括BNC輸入板、RGB輸入板、網絡碼流輸入板、主控板和輸出板。其中，網絡輸入板主要負責網絡H.264壓縮圖像碼流的接收，并利用高端處理芯片做信號解碼。在多屏控制器拼接顯示時，輸入板會將解碼后原始圖像信號做分割，并將分割后的各個畫面模塊通過PCIe告訴交換總線發送到各個輸出板對應的輸出通道。輸出板的輸出通道處理模塊在接收到畫面模塊后，根據縮放比例，將畫面模塊做縮小或者放大，并最終通過VGA或者DVI接口輸出給顯示屏。

圖2 帶網絡解碼功能的控制器框圖

2 解碼輸入板的實現

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，解碼板主要由網口芯片和DSP芯片組成。其中，網口芯片主要負責將網絡差分信號轉換為DSP可以接收的數字信號格式，并送給DSP的網絡輸入模塊。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責接收TCP/IP碼流信號，去除TCP/IP控制數據信息，得到原始H.264碼流。碼流解包模塊主要負責識別H.264數據打包格式，并去除打包控制信息，獲取純圖像碼流。H.264解碼模塊則主要負責圖像碼流解碼，得到原始圖像信號。多屏控制模塊在接收到原始圖像信號后，根據多屏控制器的拼接需求，對圖像畫面做分割、縮放等控制，并將最后的數據通過PCIe高速傳輸總線輸出給對應的輸出通道。

圖4是網絡解碼板的整體軟件設計流程圖。

圖4 網絡輸入板程序流程圖

網絡輸入板的軟件流程主要包括系統啟動、解碼控制、多屏處理控制、PCIe傳輸等。系統啟動時，DSP UBoot啟動，并初始化內存等模塊。UBoot模塊之后下載內核和文件系統。之后內核啟動，初始化PCIe模塊、網絡模塊等。其中PCIe模塊主要包括配置PCIe模塊寄存器，配置PCIe地址等。網絡模塊的初始化主要包括網口芯片寄存器配置、DSP模塊初始化、網絡內存分配等。內核啟動完畢之后會掛載文件系統，至此，系統啟動完畢。

在系統啟動完畢之后，網絡解碼模塊開始接收網絡碼流，并對碼流做解包、解碼、多屏控制等操作。其中多屏控制的主要方法就是根據顯示墻拼接的需求，對畫面做分割。分割后的圖像最后通過PCIe傳輸到輸出通道。

3 輸出板的實現

輸出板的實現和傳統的無網絡碼流輸入的控制一致。圖5是輸出板的邏輯框圖。

圖5 輸出板設計框圖

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

4 小結

本文設計的帶網絡解碼功能的多屏控制器解決了傳統多屏控制器無法直接接收網絡H.264圖像碼流的問題，可以方便圖像的接入。在網絡壓縮圖像和多屏控制器之間可以不再需要使用單獨的網絡解碼器，既避免了圖像多次A/D或D/A引起的圖像失真，又使系統更加簡潔、易用。同時，客戶在需要查看遠程監控圖像時，以前需要先操作解碼器、再操作多屏控制器，比較麻煩。而有了帶網絡解碼功能的多屏控制器之后，客戶在查看遠程監控圖像時，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接口標準及應用設計［J］.電視技術，2007，31(2)：32－34.

［3］陳建英.EDID在HDMI高清設備中的應用［J］.電子產品世界，2008(1)：115.