带网络解码功能的多屏控制系统设计

李 静，叶志龙，安 康

(1.杭州师范大学钱江学院电气机械工程系，浙江杭州310012;2.杭州海康威视数字技术股份有限公司，浙江杭州310052)

在高清视频监控系统终端，通常会有大屏幕控制系统。但现在的大屏幕控制产品(多屏控制器)只能接收视频、RGB等模拟信号，而无法直接接收前端网络摄像机或者硬盘录像机(DVR)传送过来的IP码流信号。这样客户在使用时就需要首先通过解码器将远程传输过来的IP码流先解码，然后将解码后的模拟视频或RGB信号送给多屏控制器。客户在使用的时候需要分别控制解码器软件和多屏控制器软件。其次，IP数字码流先解码再按照模拟信号格式送给多屏控制器，会引起图像质量的衰减［1－3］。本文设计了一种带解码功能的多屏控制器，将IP码流信号解码功能和信号拼接显示功能集成在一台设备中完成，这样既方便了客户操作，又确保了信号质量，同时也减少了系统连线。

1 系统设计

图1是传统多屏控制器框图。

图1 传统多屏控制器框图

由图1可知，传统多屏控制器只能接受BNC视频信号或者RGB信号，而无法直接接入网络码流。而现有的监控系统中，如果要调用远程的监控码流，需要先使用解码器将网络数字压缩码流解码还原成原始图像数据，之后需要将解码后的原始图像数据转换为模拟BNC或者模拟RGB信号输出给多屏控制器。多屏控制器在接收端需要将模拟信号再次转换为数字信号，并最终控制图像输出给显示墙。

为了解决IP码流信号的多次模数、数模转换问题，本系统设计了一种带网络解码功能的控制器，控制器的框图如图2所示。

由图2可知，本文所设计的控制器采用主机插卡的设计方式。在一台多屏控制器主机内，可以插不同的板卡，包括BNC输入板、RGB输入板、网络码流输入板、主控板和输出板。其中，网络输入板主要负责网络H.264压缩图像码流的接收，并利用高端处理芯片做信号解码。在多屏控制器拼接显示时，输入板会将解码后原始图像信号做分割，并将分割后的各个画面模块通过PCIe告诉交换总线发送到各个输出板对应的输出通道。输出板的输出通道处理模块在接收到画面模块后，根据缩放比例，将画面模块做缩小或者放大，并最终通过VGA或者DVI接口输出给显示屏。

图2 带网络解码功能的控制器框图

2 解码输入板的实现

图3是解码输入板的逻辑框图。

图3 解码输入板逻辑框图

从图3可知，解码板主要由网口芯片和DSP芯片组成。其中，网口芯片主要负责将网络差分信号转换为DSP可以接收的数字信号格式，并送给DSP的网络输入模块。DSP主要分为码流接收模块，码流解包模块、H.264解码模块和多屏控制模块。其中，码流接收模块主要负责接收TCP/IP码流信号，去除TCP/IP控制数据信息，得到原始H.264码流。码流解包模块主要负责识别H.264数据打包格式，并去除打包控制信息，获取纯图像码流。H.264解码模块则主要负责图像码流解码，得到原始图像信号。多屏控制模块在接收到原始图像信号后，根据多屏控制器的拼接需求，对图像画面做分割、缩放等控制，并将最后的数据通过PCIe高速传输总线输出给对应的输出通道。

图4是网络解码板的整体软件设计流程图。

图4 网络输入板程序流程图

网络输入板的软件流程主要包括系统启动、解码控制、多屏处理控制、PCIe传输等。系统启动时，DSP UBoot启动，并初始化内存等模块。UBoot模块之后下载内核和文件系统。之后内核启动，初始化PCIe模块、网络模块等。其中PCIe模块主要包括配置PCIe模块寄存器，配置PCIe地址等。网络模块的初始化主要包括网口芯片寄存器配置、DSP模块初始化、网络内存分配等。内核启动完毕之后会挂载文件系统，至此，系统启动完毕。

在系统启动完毕之后，网络解码模块开始接收网络码流，并对码流做解包、解码、多屏控制等操作。其中多屏控制的主要方法就是根据显示墙拼接的需求，对画面做分割。分割后的图像最后通过PCIe传输到输出通道。

3 输出板的实现

输出板的实现和传统的无网络码流输入的控制一致。图5是输出板的逻辑框图。

图5 输出板设计框图

如上图所示，输出板首先通过PCIe高速总线接收输入板送过来的图像数据，之后根据原始图像大小和最终显示图像大小的比例关系来计算图像缩放系数并完成图像缩放。不同的图层数据在完成缩放之后做叠加，并最后通过DSP输出模块输出BT.1120格式的数字图像。BT.1120格式的数字图像最后通过视频输出芯片处理，输出VGA图像或者DVI高清数字图像。

4 小结

本文设计的带网络解码功能的多屏控制器解决了传统多屏控制器无法直接接收网络H.264图像码流的问题，可以方便图像的接入。在网络压缩图像和多屏控制器之间可以不再需要使用单独的网络解码器，既避免了图像多次A/D或D/A引起的图像失真，又使系统更加简洁、易用。同时，客户在需要查看远程监控图像时，以前需要先操作解码器、再操作多屏控制器，比较麻烦。而有了带网络解码功能的多屏控制器之后，客户在查看远程监控图像时，可以只需要操作多屏控制器即可，大大方便了客户的使用。

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

［2］黄庆敏，罗键.HDMI接口标准及应用设计［J］.电视技术，2007，31(2)：32－34.

［3］陈建英.EDID在HDMI高清设备中的应用［J］.电子产品世界，2008(1)：115.