一种视音频编码设备与系统及其存储提取方法
【专利摘要】一种视音频编码设备与系统及其存储提取方法，包括：至少一视音频采集板、主芯片处理板以及至少一网络数据收发板。其中所述视音频采集板，用于通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号；所述主芯片处理板，通过一视音频通用接口连接所述视音频采集板，该主芯片处理板用于对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，并产生处理后的数据码流；所述网络数据收发板，通过一网络数据通用接口连接所述主芯片处理板，并且用于通过外部网络数据接口实现与网络的交互，以向网络发送所述处理后的数据码流和接收来自网络的数据包。
【专利说明】一种视音频编码设备与系统及其存储提取方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种视音频编码设备领域，具体地说，是涉及一种输入接口，输出接口可灵活配置的视音频编码设备及其存储提取方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着安防行业的快速发展，监控摄像机的分辨率已从标清发展到了高清(HD)、全高清(Full HD)、甚至超高清。监控系统也从模拟监控、数字化监控逐渐发展到网络化监控阶段。监控摄像机的输出接口变得多种多样，如BNC，CVBS, HD-SDI, HDMI等。同时，一些设备的视音频输出接口，如VGA，RCA, YPbPr等，也有通过网络实现远程播放观看的需求。
[0003]视音频编码设备即是实现对特定视音频接口数据的接收，压缩编码，并发送到网络功能的设备；与监控前端配合，结合网络，可以组成网络化监控系统；与视音频播放前端配合，结合网络，可以实现远程视音频播放，点播系统。
[0004]现有的视音频编码设备，采取固定输入，输出接口形式，只提供一种或几种视音频输入接口，固定网口或光纤口输出，其存在如下问题:
[0005]( I)使用者需要选择适合自身接口要求的编码设备，如果后期自身要求改变，需要重新选购产品，已有编码器设备将造成浪费。
[0006](2)使用者一般只使用编码设备的一种输入接口，包括一路或多路的形式，其余不使用的接口会造成浪费。
[0007](3)当输入，输出接口不改变，只需增加编码设备处理功能时，设计者需要整体重新设计硬件，升级成本高，周期长。
[0008]现有的编码设备一般采取集中存储管理的策略，把视音频码流实时传送回存储中心进行存储。随着编码路数的增多，视音频质量的提升，带宽资源显得越来越稀缺，而且在监控系统中，一般只会回调显示某些突发事件的录像数据，视音频数据的回调率不高。集中式的存储无疑浪费了宝贵的带宽资源。而且，随着存储技术的发展，存储设备的体积逐渐缩小，容量逐渐扩大，稳定性、可靠性、环境适应性都在提升。这些发展都给编码设备的本地存储提供了保证。
【发明内容】
[0009]为解决上述问题本发明提供一种视音频编码设备，包括:至少一视音频采集板，用于通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号；主芯片处理板，通过一视音频通用接口连接所述视音频采集板，该主芯片处理板用于对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，并产生处理后的数据码流；以及至少一网络数据收发板，通过一网络数据通用接口连接所述主芯片处理板，并且用于通过外部网络数据接口实现与网络的交互，以向网络发送所述处理后的数据码流和接收来自网络的数据包。
[0010]上述的视音频编码设备，其中所述视音频采集板、主芯片处理板及网络数据收发板以模块化插接方式连接以灵活配置。
[0011]上述的视音频编码设备，其中所述的主芯片处理板包括:数据处理模块，用于对视音频数据的处理；RS232/485模块，用于提供标准232/485通信协议接口对接云台实现视音频编码设备对云台的控制；存储模块，连接至少一外部储存设备，用于储存所述处理后的数据码流；报警模块，配合前端设备的报警功能，实现预定报警情况下的视音频录制；以及视音频通用接口和网络数据通用接口 ；电源模块，用于对该主芯片处理板，该视音频采集板和该网络数据收发板供电。
[0012]上述的视音频编码设备，其中所述视音频通用接口包括:一组或多组视频接口、音频接口、控制总线接口、接口格式选择接口、可配置的I/o接口、电源接口和地接口。
[0013]上述的视音频编码设备，其中所述外部网络数据接口进一步包括:网络数据接口、电源接口、地接口及网络格式选择接口。
[0014]为解决上述问题本发明提供一种应用上述任一项所述的视音频编码设备的网络系统，所述网络系统包括多个所述视音频编码设备，各视音频编码设备之间通过网络协议交互信息。
[0015]上述的视音频编码设备的网络系统，其中在该些视音频编码设备中设置一主控视音频编码设备及至少一备用主控视音频编码设备，当该主控视音频编码设备故障时，启动该备用主控视音频编码设备发挥主控作用，并上报主控视音频编码设备已故障，当该主控视音频编码设备恢复后变为备用主控视音频编码设备。
[0016]上述的视音频编码设备的网络系统，其中所述主控视音频编码设备用于维护该网络系统中的各台视音频编码设备信息表，该编码设备信息表中包含所述视音频编码设备的编号与IP地址的对应关系。
[0017]为解决上述问题本发明提供一种视音频编码设备的存储提取方法，应用于上述任一项所述的视音频编码设备，该视音频编码设备连接至少一存储设备，其特征在于，所述视音频编码设备的存储提取方法包括:步骤1，视音频采集板通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号；步骤2，主芯片处理板对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，产生处理后的数据码流之后，直接将该处理后的数据码流存储至该存储设备；步骤3，客户端通过网络及网络数据收发板访问该存储设备，并调用该存储设备中的该数据码流。
[0018]上述的视音频编码设备的存储提取方法，其中在所述步骤2中，还包括一判断用户选择的码流存储方式的步骤。
[0019]上述的视音频编码设备的存储提取方法，其中所述码流的存储方式包括时间段存储和报警事件存储，在以时间段存储方式存储时需要检测是否在预设存储的时间段内，如果在该预设存储的时间段内，则存储码流，否则不存储码流，继续下一帧的编码；在以报警事件存储方式存储是需要检测是否有来自报警模块的开关报警信息，如果有报警信息则开启存储直到报警信息结束，否则不存储码流，继续下一帧的编码。
[0020]上述的视音频编码设备的存储提取方法，其中当该存储设备空间不足时，进行停止存储操作或覆盖存储操作。
[0021]上述的视音频编码设备的存储提取方法，其中步骤3进一步包括:步骤301，客户端向主控视音频编码设备发起查询请求，请求某一编号的视音频编码设备的IP地址；步骤302，主控视音频编码设备回复终端设备目标视音频编码设备的IP地址；步骤303，客户端通过IP地址向目标视音频编码设备请求回调某段时间或条件的视音频；步骤304，目标视音频编码设备回传对应码流。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:编码设备可根据需要，灵活接入多种视音频输入接口的数据，对数据进行处理、压缩，并实现数据到网口或光纤口的传输。对比固定I个或多个输入接口的编码设备，降低了硬件成本，提高了使用的灵活性。采用本地存储、回调的存储方式，只有当回调数据时才占用带宽，大大降低了系统对带宽的要求。可支持分时存储，报警事件存储的条件存储方式，提高了存储设备的利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为公知技术编码设备的结构组成示意图；
[0024]图2为本发明一实施例中的视音频编码设备的结构组成示意图；
[0025]图3为本发明一实施例中的视音频编码设备主芯片处理板结构示意图；
[0026]图4为本发明一实施例中的视音频编码设的工作流程图；
[0027]图5为本发明一实施例中的客户端请求固定编号编码设备流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0029]如图1为公知技术中编码设备的结构图，其固定一种或多种输入输出，用户使用时需要选择符合自己接口需求的设备，而且用户一般同一时间只使用其中的一个输入接口，这无疑会造成其余接口的资源浪费；当用户需求接口改变时，往往需要采购新的编码设备，这又是一种浪费。
[0030]如图2为本发明一实施例中的视音频编码设备的结构图。该视音频编码设备，包括:至少一视音频采集板201、主芯片处理板201、以及至少一网络数据收发板203。所述视音频采集板201，用于通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号；所述主芯片处理板202，通过一视音频通用接口 2021连接所述视音频采集板201，该主芯片处理板202用于对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，并产生处理后的数据码流；所述网络数据收发板203，通过一网络数据通用接口 2022连接所述主芯片处理板202，并且用于通过外部网络数据接口实现与网络的交互，以向网络发送所述处理后的数据码流和接收来自网络的数据包。
[0031]以模块化的思想重新设计结构，用独立的插板形式代替固定接口的方法，通过定义视音频通用接口，使得插板可根据输入视音频的接口形式灵活改变，使用时只要更换当前需要使用的接口插板即可实现编码设备的改变。对于编码设备的网络接口，通过定义网络收发接口，使得网络数据收发板可根据需要更换为以太网口、光纤口或其他接入网的收发板。
[0032]视音频通用接口 2012，一般包括一组或多组视频接口、音频接口，控制总线接口，接口格式选择接口，用户可配置1/0，电源和地接口。可采用的一种定义如下:4组视频输入接口，每组接口包括时钟信号，8位并行数据位，第0、2组视频输入接口还包括行同步信号，场同步信号。O、I组和2、3组视频输入接口可以单独或同时工作实现I组或两组16位视频数据传输；两路音频接口 ；SPI总线接口 ；I2C总线接口 ；视音频格式选择接口 ；用户可配置I/O接口 ；电源接口和地接口。
[0033]网络收发接口，一般包括网络数据接口，电源接口，地接口，接口格式选择接口。可采用的一种定义如下:4组差分对以满足百兆，千兆以太网，光纤网需求，网络格式选择接口，电源接口和地接口。
[0034]格式选择接口可以通过硬件或软件的形式实现配置，硬件形式为在主处理板处做下拉处理，在对应的视音频采集板或网络数据收发板上做上拉处理，以此实现不同视音频采集板的识别过程。软件形式可采用通过I/o 口发送指定识别符的方式，本实例中采用硬件方式实现。在主芯片控制板上，按照输入格式分为多个普通的I/o管脚，并且全部下拉；在视音频采集板上，把对应本采集板格式的管脚拉高；在网络数据收发板上，把对应本收发板格式的管脚拉高。
[0035]其中一种HD-SDI接口的视音频采集板的实现方式如下:采用gennum公司的gv7601为信号采集芯片，配合外围电路、晶振实现对HD-SDI串行信号到20BIT并行数据的转换。由于本实例中通用视音频采取16BIT的位宽，需对低位数据进行舍弃，因此只传送2?9位，12?19位数据。同时视音频采集板上利用gv8500可以对采集的HD-SDI信号进行本地回显。为保证采集板的可扩展性，采集板使用两片gv7601，可实现两路SDI信号的同时采集，并且刚好用尽视音频通用接口的4组视频输入接口。
[0036]其余采集板的实现可选实例如下:VGA接口采集板可采用AD9883芯片；BNC接口采集板可采用TW2865芯片；HDMI接口采集板采用SIL9033芯片；CVBS，YPbPr, S-video接口可以采用AD7182芯片。只要是能实现视频接口到并行视音频通用接口的转换，且满足与主处理板芯片上的引脚的电气性相一致的芯片都能作为采集板设计的实例。
[0037]其中千兆以太网的网络数据收发板的实现方式如下:采用RTL8211BG作为PHY芯片，连接RJ45接口，实现百兆，千兆以太网的自适应接入。此外，网络数据收发板还可以采用光纤通信的形式，OWLink, EPON和SFP都是可选方案。随着4G技术的发展，在带宽允许的情况下，TD-LTE, WiMax都可以作为本发明中网络数据收发板的实现方式。
[0038]如图3为本发明一实施例中，主芯片处理板的结构图。包括电源模块301，JTAG仿真调试模块302，存储模块303，数据处理模块304，RS232/485模块305，报警模块306，视音频通用接口 307，网络通用数据接口 308。
[0039]电源模块301为整个主芯片处理板202及与处理板连接的视音频采集板201和网络数据收发板203供电。连接5V，2A的电源，并对电压进行转换。
[0040]JTAG仿真调试模块302主要是下载程序、调试程序使用，可以配合J-1ink实现程序的实时调试。
[0041 ] RS232/485模块305提供标准232/485通信协议接口，可以对接云台实现编码设备对云台的控制。
[0042]存储模块303是一个各种存储器的总接口，该接口通过数据总线，控制总线与DDR内存模块，Norflash模块、NandFlash模块、存储设备连接。拨码开关是连接存储模块与Norflash模块、NandFlash模块的控制总线中的一根片选信号线。如果拨码开关导通时，贝1J是通过Norflash模式启动；如果拨码开关断开时,则是通过Nandflash模式启动。Norflash模块、NandFlash模块内的数据都是通过数据总线传输到数据处理模块。存储设备是存储编码设备已编码流的容器，大小可以更换。视音频编码设备支持两种启动方式，模式一，通过拨码开关选择NorFlash模块的片选信号启动NorFlash模式，该模式的优点是程序数据读写速度快，缺点是容量较小，如果用户开发的程序占用资源较少，可以选择该启动模式。模式二，是通过拨码开关选择NandFlash模块的片选信号启动NandFlash模式,该模式最大的优点是存储容量很大，用户可以开发功能强大的程序，缺点是程序数据读写速度较慢。用户可以根据需要配置适当的程序启动模式。
[0043]对于用户来说，一般希望一个时间段或一个事件存储为一个文件；对于设备对存储的管理，一般希望以固定的文件大小来存储码流。本发明采用了一种折中的方式，固定存储的单个文件大小为300M，把每个文件内部划分为不等的数据段，数据段包括段头信息，段数据。其中段头信息包括:流模式、视频尺寸、帧率、关键帧间隔、段长度、起始数据的到达时间，事件类型。由于采用此种存储方式，编码设备可以提供两种检索方式，按照事件检索或按照事件检索。
[0044]报警模块是可以接收开关量的I/O管脚。配合监控前端的报警功能，可以实现预定报警情况下的视音频录制功能。报警模块作为一种特殊的输入，告知视音频编码设备某些情况的发生，如超速、打架斗殴等。
[0045]数据处理模块304是负责视音频压缩编码、本地存储、远程回放、压缩码流网络发送的主处理芯片。其可以是专用视音频压缩芯片，如海思Hi3520，Hi3531或者Ti公司的专用DSP。数据处理模块的处理能力，决定了视音频编码设备可以接入视音频采集板的类型、路数以及网络发送板的发送方式。如Hi3515芯片的最高工作频率可达600MHz，支持H.264、JPEG解码方式，同时支持8路Dl格式的视频解码或者I路1080P全高清+1路Dl的数据解码；Hi3517芯片则功能更加强大。由于没有限制数据处理模块的芯片类型，在保证能与视音频通用接口，网络通用接口的电气特性可对接的情况下，主处理器板可以升级更换，增强视音频编码设备的处理能力。
[0046]如图4，为本发明一实施例中的视音频编码设被的工作流程图。系统上电后，程序执行步骤如下:
[0047]1.通过格式选择接口来识别视音频采集板，正确配置、初始化视音频采集板，并选择对应的编码格式。
[0048]2.通过格式选择接口来识别网络数据收发板，正确配置、初始化网络数据收发板。
[0049]3.数据处理模块接收来自视音频通用接口的数据，开始编码。
[0050]4.判断用户选择的码流存储方式，目前可选的存储方式有按照时间段存储和按照报警的事件存储。
[0051]a)如果是按时间段存储的形式。需检测是否在需存储的时间段内，如果在则存储码流，否则不存储码流，继续下一帧的编码。
[0052]b)如果是按报警的事件存储的形式。需检测是否有来自报警模块的开关报警信息，如果有则开启存储直到报警信息结束，否则不存储码流，继续下一帧的编码。
[0053]5.存储完毕继续下一帧的编码。
[0054]当多个编码设备处于同一个子网络时，就形成了一个编码系统。在该编码系统中，各台编码设备之间通过网络协议交互信息，其中一个编码设备作为主控视音频编码设备，维护编码设备信息表，表中包含编码设备编号与IP地址对应关系。为保证主控视音频编码设备功能，设置备用主控视音频编码设备，两者的信息同步，互相守护，主控视音频编码设备故障时，备用主控视音频编码设备发挥主控作用，并上报主控视音频编码设备已故障，主控视音频编码设备恢复后变为备用主控视音频编码设备，两者协调工作。
[0055]本发明还揭露一种视音频编码设备的存储提取方法，应用于上述的视音频编码设备，该视音频编码设备连接至少一存储设备，该方法包括如下步骤:
[0056]步骤I，视音频采集板通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号；
[0057]步骤2，主芯片处理板判断用户选择的码流存储方式，并且对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，产生处理后的数据码流之后，直接将该处理后的数据码流存储至该存储设备；
[0058]步骤3，客户端通过网络及网络数据收发板访问该存储设备，并调用该存储设备中的该数据码流。具体的在一实施例中客户端访问存储设备中的数据包括:1.客户端向主控视音频编码设备发起查询请求，请求某一编号的编码设备的IP地址。2.主控视音频编码设备回复客户端目标编码设备的IP地址。3.客户端通过IP地址向目标编码设备请求回调某段时间或条件的视音频。4.目标编码器回传对应码流，如图5所示。当该存储设备空间不足时，进行停止存储操作或覆盖存储操作。
[0059]本发明提出了一种可灵活配置的视音频编码设备，可以根据使用需要，通过更换对应的视音频采集板，网络数据收发板或主芯片处理板来实现灵活配置，满足各种视音频接口信号到网络的转换。并设计了合理的存储策略实现视音频码流的本地存储，远程回调功能。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
[0060]本发明为一种灵活可配置的视音频编码设备、系统及其存储提取方法。该方法中编码设备包括视音频采集板，主芯片处理板，网络数据收发板。视音频采集板实现对标准视音频码流的采样、转换，把数据接入主芯片处理板；主芯片处理板包括视音频通用接口、JTAG调试仿真模块、电源模块、串行通用接口(RS232/485)模块、存储模块、报警模块、网络通用接口，负责对视音频信号做编码、压缩处理；网络数据收发板，负责接收主芯片处理板发送的数据，并实现数据到网口或光纤口的码流发送，把网络发送的数据接入主芯片处理板。任何标准视音频码流均可使用对应视音频采集板实现码流到主芯片处理模块的接入，压缩，并通过网络数据收发板实现到网口、光纤口等网络的码流发送。
[0061]视音频采集板通过视音频通用接口与主芯片处理板连接；数据发送板通过网络通用接口与主芯片处理板连接。根据不同的输入视音频接口，如BNC，HD-SDI, VGA等，视音频采集板可灵活配置更换；根据不同的压缩方法，数据处理能力要求，如H.264，JPEG, H.265编码方式，1/2/4/8路视频码流等，主芯片处理板可灵活配置更换；根据接入网络接口的不同，如网口、光纤口，网络数据收发板可灵活配置更换。
[0062]主芯片处理板外挂存储设备，支持视音频码流的定时录像、本地存储、回放功能。当集中使用多个编码设备时，有一个主控视音频编码设备总体管理所有编码设备，提供编码设备编号与IP对应关系查询，编码设备状态查询。
【权利要求】
1.一种视音频编码设备，其特征在于，包括: 至少一视音频采集板，用于通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号； 主芯片处理板，通过一视音频通用接口连接所述视音频采集板，该主芯片处理板用于对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，并产生处理后的数据码流；以及 至少一网络数据收发板，通过一网络数据通用接口连接所述主芯片处理板，并且用于通过外部网络数据接口实现与网络的交互，以向网络发送所述处理后的数据码流和接收来自网络的数据包。
2.根据权利要求1所述的视音频编码设备，其特征在于，所述视音频采集板、主芯片处理板及网络数据收发板以模块化插接方式连接以灵活配置。
3.根据权利要求1所述的视音频编码设备，其特征在于，所述的主芯片处理板包括: 数据处理模块，用于对视音频数据的处理； RS232/485模块，用于提供标准232/485通信协议接口对接云台实现视音频编码设备对云台的控制； 存储模块，连接至少一外部储存设备，用于储存所述处理后的数据码流； 报警模块，配合前端设备的报警功能，实现预定报警情况下的视音频录制；以及 视音频通用接口和网络数据通用接口； 电源模块，用于对该主芯片处理板，该视音频采集板和该网络数据收发板供电。
4.根据权利要求1所述的视音频编码设备，其特征在于，所述视音频通用接口包括:一组或多组视频接口、音频接口、控制总线接口、接口格式选择接口、可配置的I/O接口、电源接口和地接口。
5.根据权利要求1所述的视音频编码设备，其特征在于，所述外部网络数据接口进一步包括:网络数据接口、电源接口、地接口及网络格式选择接口。
6.一种应用上述权利要求1-5之任一项所述的视音频编码设备的网络系统，其特征在于，所述网络系统包括多个所述视音频编码设备，各视音频编码设备之间通过网络协议交互信息。
7.根据权利要求6所述的视音频编码设备的网络系统，其特征在于，在该些视音频编码设备中设置一主控视音频编码设备及至少一备用主控视音频编码设备，当该主控视音频编码设备故障时，启动该备用主控视音频编码设备发挥主控作用，并上报主控视音频编码设备已故障，当该主控视音频编码设备恢复后变为备用主控视音频编码设备。
8.根据权利要求6所述的视音频编码设备的网络系统，其特征在于，所述主控视音频编码设备用于维护该网络系统中的各台视音频编码设备信息表，该编码设备信息表中包含所述视音频编码设备的编号与IP地址的对应关系。
9.一种视音频编码设备的存储提取方法，应用于权利要求1-8之任一项所述的视音频编码设备，该视音频编码设备连接至少一存储设备，其特征在于，所述视音频编码设备的存储提取方法包括: 步骤I，视音频采集板通过外部视音频接口，接收各种视音频码流信号； 步骤2，主芯片处理板对所述视音频码流信号进行编码、压缩处理，产生处理后的数据码流之后，直接将该处理后的数据码流存储至该存储设备； 步骤3，客户端通过网络及网络数据收发板访问该存储设备，并调用该存储设备中的该数据码流。
10.根据权利要求9所述的视音频编码设备的存储提取方法，其特征在于，在所述步骤2中，还包括一判断用户选择的码流存储方式的步骤。
11.根据权利要求10所述的视音频编码设备的存储提取方法，其特征在于，所述码流的存储方式包括时间段存储和报警事件存储，在以时间段存储方式存储时需要检测是否在预设存储的时间段内，如果在该预设存储的时间段内，则存储码流，否则不存储码流，继续下一帧的编码；在以报警事件存储方式存储是需要检测是否有来自报警模块的开关报警信息，如果有报警信息则开启存储直到报警信息结束，否则不存储码流，继续下一帧的编码。
12.根据权利要求9所述的视音频编码设备的储存方法，其特征在于，当该存储设备空间不足时，进行停止存储操作或覆盖存储操作。
13.根据权利要求9所述的视音频编码设备的储存方法，其特征在于，步骤3进一步包括: 步骤301，客户端向主控视音频编码设备发起查询请求，请求某一编号的视音频编码设备的IP地址； 步骤302，主控视音频编码设备回复终端设备目标视音频编码设备的IP地址； 步骤303，客户端通过IP地址向目标视音频编码设备请求回调某段时间或条件的视音频； 步骤304，目标视音频编码设备回传对应码流。
【文档编号】H04N7/18GK104349128SQ201310342137
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】董一伯, 苏威积, 裴彦杰, 林秀春, 肖鹏, 张力, 钟松延, 邓超, 黄敏君, 杜丽, 刘攀, 孟飞, 董博, 赵薇, 牛坤, 张健, 刘雨睿, 王东东, 张春杰, 黄传鹤 申请人:北京计算机技术及应用研究所, 北京航天爱威电子技术有限公司