一种新型大规模视频信号汇聚系统的制作方法

本实用新型涉及一种大规模视频信号汇聚系统，特别是涉及一种用于公安部门视频汇聚核心机房的大规模视频信号汇聚系统。

背景技术：

近年来，随着视频会议技术不断发展与道路监控规模不断扩大，公安机关图像控制中心作为视频指挥和图像调度中枢的重要性日益突显。在公安机关图像控制中心，由于接入的系统较多，包括上级机关会议系统，本级会议室、道路监控、应急图传系统，以及下级机关会议系统均需在图像控制中心汇聚，各种格式的视频信号多达几百路。考虑到后期使用的方便性，设计上需考虑如下两个问题。

首先是系统运维时故障排查、信号测试的方便性。传统的建设方案信号走向多采用固定连接方式。这种方式信号源通过分配器分为相同的多路信号后进入中控矩阵输入端和监视器等设备输入端，中控矩阵对输入信号进行阵列切换处理，中控矩阵输出端与另一个分配器的输入相连接，该分配器将信号分为多路相同的信号后再进入监视器、传输设备以及其他设备。

现有技术中所采用的上述连接方式，中控矩阵监视器等设备信号连接固定，最大的问题是后期故障排查、信号测试时往往需要根据故障或测试节点到机柜后面对应设备端插拨线，在大规模视频信号汇聚时找线、插拨线往往不方便，而且频繁插拔容易对接口造成一定的损伤形成新的故障。传统的建设方案面临的另一个问题是，多格式的视频信号在大规模汇聚时往往给综合布线造成一定的难度。

其次是视频切换的方便性。如今，在紧急视频调度时视频切换效率显得非常重要，高效率的视频切换能帮助决策者获得更及时的信息。众所周知，大规模的视频汇聚往往存在监视需求与切换便利性之间相互矛盾。一方面须考虑尽可能多地对矩阵各通道进行常态化监视以确保矩阵通道、信号正常，而过多的信号上监视大屏，又会造成切换图像时不容易找到需切换的矩阵号在大屏上的对应位置，矩阵号与监视内容的对应关系也不便于记忆，采用常规的键盘切换方式往往需要来回在大屏前与切换键盘之间来回查看、操作或几人配合。常规的中控系统往往不是基于实际应用场景开发的，如图1所示，面对大规模视频信号汇聚时切换效率太低，对用户来说操作实用性比较差。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种有利于提高测试方便性，改善运维故障排查、应急处理效率的大规模视频信号汇聚系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术手段：

一种新型大规模视频信号汇聚系统，其特征在于，包括：第一分配器、第一跳线盘、中控矩阵、第二分配器和第二跳线盘；所述第一跳线盘具有N个输入接口和N个输出接口；所述第二跳线盘具有N个输入接口和N个输出接口；

第一跳线盘的第1输入接口IN11与信号源连通；第一跳线盘的第1输出接口OUT11与第一分配器的输入口相连接；第一跳线盘的第2、3…N输入接口与第一分配器的各个输入口对应连接；第一跳线盘的第2、3…N输出接口与中控矩阵的输入口相连接；中控矩阵的输出口与第二跳线盘的第1输入接口IO21相连接；第二跳线盘的第1输出接口OUT21与第二分配器的输入口相连接；第二跳线盘的第2、3…N输入接口与第二分配器的各个输入口对应连接；第二跳线盘的第2、3…N输出接口与各个监视器对应连接。

进一步的，所述第二跳线盘的第2、3…N输出接口还与各个传输设备对应连接。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型中视频跳线盘的引入使得系统中任何一个设备出现故障时，可迅速通过跳线将跳线盘前面板对应的跳线接口跳到其他正常工作的相同设备或备份信号源对应的接口并配合矩阵切换完成应急处理，与现有技术中必须到各个设备机柜后面对应设备端插拨线的方式相比，该灵活方便的功能对于公安机关这种对通信保障容错率要求极低的使用环境显得尤为重要，可大大提高故障处理、信号测试效率。因此本实用新型具有操作高效性的有益效果，能切实提高信息服务实战能力。

附图说明

图1为现有技术中矩阵厂家提供的视频切换中控系统示意图；

图2为本实用新型视频汇聚方案示意图；

图3为视频跳线盘功能原理示意图；

图4为矩阵通讯协议框架示意图；

图5为模拟实际应用场景的中控软件界面示意图；

图6为查询输出按钮的当前视频源界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

随着视音频技术的快速发展，HDMI、DVI、SDI等数字信号格式逐渐成为应用主流，而传统的CVBS、YPbPr、VGA等模拟信号格式尚未完全退出历史舞台，在当前要建设一个完整的视频信号汇聚系统，往往存在多种格式视频信号共存的情况。考虑大规模视频汇聚要求接口占用空间小，视频线缆传输距离长，制作线缆方便等问题，对比DVI、HDMI、SDI等各种高清视频信号接口的优缺点，所有设备的视频接口均采用SDI接口，如设备不支持SDI接口，可采用市面上技术成熟的相应转换器设备进行转换。考虑公安行业对图像控制中心视频实时性要求极高的应用特点，在矩阵的选型上应考虑在切换过程中不会出现黑屏、蓝屏、信号抖动、闪烁、裂缝等让观看者反感的现象。

作为音视频调度中枢的公安机关图像控制中心，要求各种音视频设备需达到7*24小时随用随调的状态，实时性要求极高。在大规模视频汇聚、各设备常态化工作的情况下，设备因老化出现故障是在所难免的，在出现故障后怎样尽快排查原因解决眼前的问题是我们应该考虑的重中之重。

一、系统硬件构成

为解决传统视频汇聚方案系统结构存在的弊端，我们引入了新的解决方案如图2所示。该系统中，所有设备的输入输出信号都经过跳线盘中转。

具体电路结构阐述如下，本实用新型系统硬件包括：第一分配器、第一跳线盘、中控矩阵、第二分配器和第二跳线盘；第一跳线盘和第二跳线盘具有N个输入接口和N个输出接口；需要实现汇聚的视频信号路数为M路(通常需要汇聚数百路视频信号),N≥M。

其中，中控矩阵是一种通过阵列切换的方法将多路视频信号任意输出至某个监控设备上的电子装置；分配器是一种常见的视频信号分配装置，能够实现单路信号输入、多路信号并行输出。

第一跳线盘的第1输入接口IN11与信号源连通；第一跳线盘的第1输出接口OUT11与第一分配器的输入口相连接；第一跳线盘的第2、3…N输入接口与第一分配器的各个输入口对应连接；第一跳线盘的第2、3…N输出接口与中控矩阵的输入口相连接；中控矩阵的输出口与第二跳线盘的第1输入接口IO21相连接；第二跳线盘的第1输出接口OUT21与第二分配器的输入口相连接；第二跳线盘的第2、3…N输入接口与第二分配器的各个输入口对应连接；第二跳线盘的第2、3…N输出接口与各个监视器对应连接。第二跳线盘的第2、3…N输出接口还与传输设备对应连接。

本实用新型硬件工作原理：为便于进一步阐述系统优点，对跳线盘的功能性原理作如下说明，更多技术性原理读者可在查找相关资料了解：视频跳线盘实物中，设备正面(图2中跳线盘右侧为正面，左侧为背面)上排接口对应图2中跳线盘中的i(in首字母)，下排对应o(out首字母)，设备通过背面SDI接口接入/出视频信号。如图3所示，不插跳线时，每组上下是相通的，跳线盘前面板上下任何一个视频接口插入跳线后，上下断开,接入后面板接口的视频信号通过跳线可以跳到别处使用。在跳线盘的选型上主要应考虑长期频繁插拔使用后引起内部触点氧化导致可靠性降低的问题，但目前主流术已采用诸如旋转开关等专利技术使问题得到解决，经测试造成接触不良的机会几乎为零，可靠性得到大大提升。

由上述对跳线盘工作原理的阐述可知道跳线盘的第1、2、3…N输出接口与其第1、2、3…N输入接口是对应连通的，设备未出现故障时，信号正常的流向是：信号源从第一跳线盘的第1输入接口IN11进入本系统，经第一跳线盘的第1输出接口OUT11送入第一分配器，第一分配器将信号并行输出分配给第一跳线盘的第2、3…N输入接口，信号自第一跳线盘的第2、3…N输出接口发送至中控矩阵的输入口(当然也会有部分信号传输至监视器或者传输设备等其他设备)，中控矩阵输出信号发送至第二跳线盘的第1输入接口IO21，自第二跳线盘的第1输出接口OUT21发送至第二分配器，第二分配器将信号并行输出分配给第二跳线盘的第2、3…N输入接口，信号自第二跳线盘的第2、3…N输出接口发送至监视器终端或者传输设备。

由此可见，因视频跳线盘的引入使得如图2所示系统中任何一个设备出现故障时，可迅速通过跳线将跳线盘前面板对应的跳线接口跳到其他正常工作的相同设备或备份信号源对应的接口并配合矩阵切换完成应急处理(例如第二跳线盘的第2输出接口正常状态下是与第二跳线盘的第2输入接口对应连通的，一旦该路信号出现故障则可以通过插入跳线的方式使得第二跳线盘的第2输出接口与第二跳线盘的第2输入接口断开，将第二跳线盘的第2输入接口接入备份信号以便实现应急处理)这种灵活方便的功能对于公安机关这种对通信保障容错率要求极低的使用环境显得尤为重要，可大大提高故障处理、信号测试效率。

二、中控矩阵软件设计

中控是通过软件编程，借助RS232、RS485、蓝牙、网络等协议来控制周边设备以达到对设备智能化管理为目的的软件系统，一个成功的软件设计方案往往除了具备扎实的编程能力外，更应该看重用户的应用场景，以用户的体验和操作习惯作为导向进行设计。针对市局图像控制中心接入视频路数多，同时，需在大屏上常态化监视的信号多的应用场景，为解决监视需求与切换方便性的矛盾，我们自行开发设计了一款仿真图像控制中心实际应用场景的视频切换中控系统。

作为公安信息化岗位民警，日常工作更偏向于应用管理，对于自行开发软件一定要选好合适的编程语言。目前主流编程语言中Python语言作为一门高级语言，具有简单易学、面向对象、可移植性强、免费开源等诸多优势，对于编写中控软件这种对资源占用不大的软件系统非常适合，哪怕是非科班出身的人也可以在短时间内常握，可大大缩短开发周期。

该中控软件的开发设计主要涉及三个层次，包括：界面层、协议解析层、数据展示层。

(一)界面层

图像控制中心作为公安机关视频调度的中枢，在大规模视频信号接入、日常视频调度频繁、准确性要求极高的应用场景中，中控软件界面按钮排版布局显得特别重要，矩阵通道编号、软件按钮、与监视器三者之间应相互关联，对应关系应清楚明了。利用软件界面按钮模拟实际监视器空间位置，实现矩阵通道编号、按钮、监示器位置一一对应，可使操作人员省去矩阵编号查找与监视器位置查找，有效提高效率。

(二)协议解析层

本项目采用大连捷成公司XPLUS系列矩阵，该矩阵通讯协议框架如图4所示，分为控制层和数据层两部分。控制层描述了协议起始和结束标示和数据内容的转义，以及提供的通讯机制和原理，定义通讯物理形态等；数据层描述的是业务相关的数据或命令，数据层由用户根据业务需求自行定义，主要的功能是定义命令集。本设计控制层采用TCP协议通讯，数据层共涉及三类命令，即切换某单个通道为指定源命令、切换多个通道为指定源命令(分组切换)和查询矩阵通道状态命令，确定了命令就可以为不同的按钮编写回调函数。

(三)数据展示层

为更加直观的展示数据，设计上将矩阵输入输出编号进行一一定义，界面上按钮名称既显示矩阵通道号也同时显示信号具体内容信息，这样可消除操作人员在切换视频时不容易记住矩阵编号的困挠。另外，采用弹出标签显示矩阵输出通道状态的办法既可让界面布局变得容易，也可让操作人员随时掌握矩阵输出状态，切换之前可确认是否是需要的信号源。其次，为让操作人员尽可能快地找到信号对应的按钮，在软件界面上对不同类别的按钮用字体颜色进行区分；同时对选中的按钮以红框进行标记，尽可能避免误操作。

如图5所示为该中控软件的一个简化版界面示意图，图中左上部分模拟了机房控制室监视大屏各信号的显示位置，右上部分模拟了会场各监视器的实际位置，下方为视频源，用不同的字体颜色区分开了不同的信号源种类以便查找时更加直观。实际切换时，当光标移至输出按钮时，中控软件向矩阵发送一条查询指令，查询当前按钮对应矩阵输出端口输出的信号源并返回给中控软件，按钮以弹出标签的形式显示当前视频源，如图6所示。如不是需要的视频源，点击按钮呈选中状态后，再点击下方需要的视频源按钮，中控软件将获取到的按钮对应矩阵端口号生成切换指令发送给矩阵实现切换，切换完成后在监视大屏上与软件模拟大屏界面中按钮相同的位置可查看信号的对错有无，操作按钮感觉就是在操作监视大屏一样，省去了对监视器位置、矩阵编号的记忆。

通过对矩阵输入输出信号进行定义，在界面的排版布局上完全模拟实际的大屏监视环境进行设计，操作人员只需在电脑旁对软件进行操作，不用关注具体矩阵的输入输出编号，就可以完成视频切换并结合大屏与软件界面对信号进行监视，极大地提升了日常通信保障视频切换效率。

总之，目前大规模视频信号汇聚、中控软件开发等相关商业化建设方案已非常成熟，但通用型的商业化方案往往与公安机关警种业务应用结合得并不理想，如何创造性地利用好现有技术把信息化建设项目做得更好、更实、更精是每一位参与公安信息化建设人员应该长期思考的问题。本实用新型结合实际项目建设，从公安科技信息化部门通信保障、设备运维人员的角度针对大规模视频信号汇聚需要着重解决技术问题，引入了视频跳线盘，提出了适用于现场应用的解决方案，具有操作高效性，能切实提高信息服务实战能力的有益效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。