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?？低晹?shù)字技術股份有限公司，浙江杭州310052)

在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端，通常會有大屏幕控制系統(tǒng)。但現(xiàn)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(wǎng)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?？蛻粼谑褂玫臅r候需要分別控制解碼器軟件和多屏控制器軟件。其次，IP數(shù)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(tǒng)連線。

1 系統(tǒng)設計

圖1是傳統(tǒng)多屏控制器框圖。

圖1 傳統(tǒng)多屏控制器框圖

由圖1可知，傳統(tǒng)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(wǎng)絡碼流。而現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)中，如果要調用遠程的監(jiān)控碼流，需要先使用解碼器將網(wǎng)絡數(shù)字壓縮碼流解碼還原成原始圖像數(shù)據(jù)，之后需要將解碼后的原始圖像數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)、數(shù)模轉換問題，本系統(tǒng)設計了一種帶網(wǎng)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(wǎng)絡碼流輸入板、主控板和輸出板。其中，網(wǎng)絡輸入板主要負責網(wǎng)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(fā)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(jù)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(wǎng)絡解碼功能的控制器框圖

2 解碼輸入板的實現(xiàn)

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(wǎng)口芯片和DSP芯片組成。其中，網(wǎng)口芯片主要負責將網(wǎng)絡差分信號轉換為DSP可以接收的數(shù)字信號格式，并送給DSP的網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)通過PCIe高速傳輸總線輸出給對應的輸出通道。

圖4是網(wǎng)絡解碼板的整體軟件設計流程圖。

圖4 網(wǎng)絡輸入板程序流程圖

網(wǎng)絡輸入板的軟件流程主要包括系統(tǒng)啟動、解碼控制、多屏處理控制、PCIe傳輸?shù)取Ｏ到y(tǒng)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(tǒng)。之后內核啟動，初始化PCIe模塊、網(wǎng)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(wǎng)絡模塊的初始化主要包括網(wǎng)口芯片寄存器配置、DSP模塊初始化、網(wǎng)絡內存分配等。內核啟動完畢之后會掛載文件系統(tǒng)，至此，系統(tǒng)啟動完畢。

在系統(tǒng)啟動完畢之后，網(wǎng)絡解碼模塊開始接收網(wǎng)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(jù)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?shù)捷敵鐾ǖ馈?/p>

3 輸出板的實現(xiàn)

輸出板的實現(xiàn)和傳統(tǒng)的無網(wǎng)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(shù)據(jù)，之后根據(jù)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(shù)并完成圖像縮放。不同的圖層數(shù)據(jù)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(shù)字圖像。BT.1120格式的數(shù)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(shù)字圖像。

4 小結

本文設計的帶網(wǎng)絡解碼功能的多屏控制器解決了傳統(tǒng)多屏控制器無法直接接收網(wǎng)絡H.264圖像碼流的問題，可以方便圖像的接入。在網(wǎng)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(wǎng)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(tǒng)更加簡潔、易用。同時，客戶在需要查看遠程監(jiān)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(wǎng)絡解碼功能的多屏控制器之后，客戶在查看遠程監(jiān)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.