多媒体传输矩阵架构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多媒体传输矩阵架构，采用若干基于FPGA的交换板配置成串口交换板、音频交换板或红外交换板，在同一平台上实现所有信号的控制传输、音视频信号同步传输，信号格式，协议统一，集成整合，升级方便，系统兼容性好、故障率低、易维护，成本低，系统利用率高。
【专利说明】多媒体传输矩阵架构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多媒体领域，尤其涉及一种多媒体传输矩阵架构。
【背景技术】
[0002] 多媒体是现代人们进行信息交流主要的手段之一，现有的多媒体传输矩阵架构一 般包括音频矩阵，视频矩阵，视频处理器，音频处理器及中控系统。然而每个子系统都是相 对独立的，这样带来的缺点有：系统兼容性差，设计的接口，信号格式，协议繁多，集成整合 难度大，升级难；音视频信号分开传输，切换，无法同步传输；系统复杂，布线繁琐，故障率 高；涉及设备多，维护难度大；推砌式系统，成本大，系统利用率低。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供一种多媒体传输矩阵架构，用于解决现有的多媒体传输矩阵 架构的各个子系统相对独立、系统兼容性差、音视频信号无法同步传输、故障率高、维护难 度大及成本高等问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种多媒体传输矩阵架构，所述多媒体传输矩 阵架构包括：用于提供电源、数据流或控制信号的交换通道的背板；与所述背板相连的电 源板，用于将交流电转换为直流电；与所述背板相连的主控板，用于实现整机系统的交换控 制；若干与所述背板相连的交换板，包括若干视频交换板及若干基于FPGA的交换板；若干 与所述背板相连的信号输入板，用于实现视频、音频、红外、串口数据的输入；若干与所述背 板相连的信号输出板，用于实现视频、音频、红外、串口数据的输出；及与所述主控板连接的 触摸屏，用于与用户实现交互，供用户输入控制指令。
[0005] 优选地，所述电源板将110-240V的交流电转换为27V的直流电。
[0006] 优选地，所述电源板包括3个电源模块。
[0007] 优选地，所述主控板通过网络通讯接口连接局域网或者外部的智能中控系统。
[0008] 优选地，所述基于FPGA的交换板包括可编程门阵列、存储器、单片机及CAN模块。
[0009] 优选地，由一块基于FPGA的交换板组成串口交换板或红外交换板。
[0010] 优选地，由两块基于FPGA的交换板组成音频交换板。
[0011] 优选地，所述信号输入板为VGA卡、CVBS卡、YPBPR卡、DVI卡、HDMI卡、光纤板卡 或HDBaseT板卡。
[0012] 优选地，所述信号输出板为VGA卡、CVBS卡、YPBPR卡、DVI卡、HDMI卡、光纤板卡 或HDBaseT板卡。
[0013] 本发明的多媒体传输矩阵架构采用若干基于FPGA的交换板配置成串口交换板、 音频交换板或红外交换板，在同一平台上实现所有信号的控制传输、音视频信号同步传输， 信号格式，协议统一，集成整合，升级方便，系统兼容性好、故障率低、易维护，成本低，系统 利用率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的多媒体传输矩阵架构的方框示意图；
[0015] 图2是图1中电源板的示意图；
[0016] 图3是本发明的多媒体传输矩阵架构的原理示意图；
[0017] 图4是图1中基于FPGA的交换板的方框示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0019] 本发明提供了一种多媒体传输矩阵架构，在同一平台上实现所有信号的控制传 输、音视频信号同步传输，信号格式，协议统一，集成整合，升级方便，系统兼容性好、故障率 低、易维护，成本低，系统利用率高。
[0020] 请参考图1，一种多媒体传输矩阵架构包括背板100、电源板200及各板卡。所述各 板卡包括至少一个主控板300、若干交换板、若干信号输入板500、若干信号输出板600及触 摸屏700。其中，所述若干交换板包括若干视频交换板410及若干基于FPGA的交换板420。
[0021] 背板100与电源板200、主控板300、交换板、信号输入板500及信号输出板600通 过PCIE连接器或高速连接器均相连。主控板300还与触摸屏700相连。
[0022] 背板100主要提供电源、数据流、控制信号的交换通道。
[0023] 请参考图2,电源板200实现将110-240V的交流电转换为27V的直流电，给整机系 统供电。27V直流电源通过背板100给各个板卡供电。各板卡通过电源模块将27V转为单 板所需电源电压。
[0024] 具体地，电源板200可以接插3个电源模块210,实现2+1冗余电源设计。所谓2+1 冗余电源设计即：正常情况下，只有一个电源模块210工作，当正在工作的电源模块210损 坏，另外两个电源模块210中的任何一个启动工作，继续供电，保证系统不断电。所述2+1 冗余电源设计方案可以保证系统365天每天24小时的稳定运行，可以根据应用场合，系统 功率需求，灵活配置电源模块210数量。
[0025] 请参考图3,主控板300实现整机系统的交换控制。主控板300通过串行接口 310， 如RS232,与带有图形化界面的触摸屏700或上位机900通讯实现本地操作。主控板300还 可通过网络通讯接口 320,如RJ45,连接局域网或者智能中控系统800实现远程操作。
[0026] 本发明多媒体传输矩阵架构的内部是通过控制器局域网络（CAN)总线进行通讯。 所述主控板300、交换板、信号输入板500、信号输出板600等单板上都挂有一个总线控制收 发模块，如CAN模块330,以及一个控制模块，如微处理单元（MCU) 340。CAN模块330可以 为 RS485。
[0027] 视频交换板410是整个高速视频数据交换处理的核心，可以实现3. 2G数据带宽交 换处理，真正实现超高速信号路由。
[0028] 请参考图4,基于FPGA的交换板420以现场可编程门阵列（FPGA)421为处理核心， 以存储器422,如Flash，存储数据。由于现场可编程门阵列421的可配置性，同样的硬件架 构，通过不同编程软件，可配置成串口交换板、音频交换板、红外交换板等。其中，串口通信、 红外通信都是两个信号，音频是四个信号。
[0029] 串口交换板及红外交换板均用一块基于FPGA的交换板420实现；音频交换方案 是由两块FPGA交换板420组合实现的，每块现场可编程门阵列421实现两个信号的交换处 理。
[0030] FPGA的可编程性可以根据系统要求，通过板卡扩展组合，进行线性级联，以实现更 大规格的数据交换。
[0031] 根据FPGA的10 口可配置特点，在不改变硬件架构，通过重新配置FPGA，即可以方 便的实现64路进64路出到1路进127路出的转变。根据接收用户数，传输方式有点对点 传输，点对多点传输，或广播式传输。
[0032] 请再次参考图3,信号输入板500和信号输出板600在背板100的每个插槽上配置 有一个只读存储器（EEPR0M) 120,每个只读存储器120存储该插槽的唯一的标识地址，该标 识地址通过专用烧录器写入。插在背板100的各板卡在上电初始化后读取背板100的只读 存储器210的数据，作为该板卡CAN总线控制收发器的CAN通讯源地址，通过CAN总线与主 控板300实现通讯。
[0033] 信号输入板500及信号输出板600实现视频信号、音频信号、串口信号、红外信号 的输入输出。每块信号输入板500、信号输出板600能实现4路视频的输入输出、4路音频 信号输入输出、4路串口信号输入输出、4路红外信号输入输出。
[0034] 根据视频接口不同，板卡有VGA、CVBS、YPBPR、DVI、HDMI、光纤、和网口输入板卡跟 对应的输出板卡。如此既满足了高清数字信号也兼顾了模拟高清信号。
[0035] 信号输入板500根据接口信号的不同，使用不同接收芯片方案，将采集的视频信 号打包成最小化传输高速差分信号（TMDS)，通过背板100的走线，在视频交换板410进行同 步切换分配；还通过背板100的走线，切换到信号输出板600。
[0036] 信号输入板500还能实现外接音频、红外、串口数据的输入。音频数据通过解码芯 片，打包成I2S数据通过背板走线，在音频交换板实现切换分配。红外，串口数据通过相应 的电平转换模块，转成3. 3V的TTL逻辑电平，通过背板100,送到基于FPGA的交换板420， 进行交换处理。
[0037] 信号输出板600接收背板100输入的TMDS高速差分信号，根据接口信号不同，使 用不同的发送芯片方案，将TMDS高速差分信号解码成对应接口信号流，输出给触摸屏700 或其他显示设备。
[0038] 不同的视频接口信号都能有对应的信号输入输出板，通过视频处理技术，打包成 TMDS数据包，在多媒体传输矩阵架构内部进行切换分配。该设计方案可以根据系统需求，在 不增加硬件成本下，自由搭配各种接口板卡，实现可定制化生产。
[0039] 信号输出板600还可以根据客户需求，通过硬件升级，配置成专用图像处理卡来 增强系统处理能力。硬件升级主要是通过增加 FPGA处理模块，通过FPGA强大的可编程能 力及高速处理完成特效无缝切换，画面分割，拼接叠加。
[0040] 触摸屏700为用户提供可视化的图形操作界面，并通过串口与主控板300通讯。
[0041] 本发明多媒体传输矩阵架构自带网络软件，软件主要提供的功能有切换功能、板 卡设置、EDID切换、状态显示、报警提示等，方便用户进行远程信息的交互。
[0042] 本发明多媒体传输矩阵架构使用可扩展插卡式，模块化设计，可以随需求扩展，支 持多种规格，如16X16 (即16路视频输入，16路视频输出）、32X32、64X64、128X128等。不同 视频信号输入板卡，信号输出板卡的通用设计可以实现混插，灵活组合；还可以选配专用图 像处理卡来增强系统处理能力。
[0043] 该多媒体传输矩阵架构还支持所有目前常见的Blu-ray及Disc播放器、高清电视 接收器、数字媒体服务器、计算机、高清摄像机以及高清显示器，兼容模拟和数字视频格式。
[0044] 该多媒体传输矩阵架构还包括实现音频信号切换处理，红外信号和串口信号的同 异步切换处理。
[0045] 该多媒体传输矩阵架构采用插卡式模块化结构，可根据需求自由搭配不同的输入 输出模块，使设备的利用最大化。
[0046] 本发明的效果是完成对多路视频信号、音频信号、控制信号的采集，监控，同异步 切换分配，和远程控制传输，完成VGA、CVBS、YPBPR、DVI、HDMI、光纤、和网口等视频接口信 号采集和相互间转换输出。本发明在同一平台上实现所有信号的控制传输，信号格式，协议 统一，集成整合升级方便。所有信号控制传输在同一平台上，方便用户按自己意愿对不同的 音视频信号进行集中调控，克服了目前系统建设工程中由于不同厂家的设备不相兼容的问 题，做到了最优的系统兼容性。一体化设计，极大的方便了工程布线施工和维护。
[0047] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述多媒体传输矩阵架构包括： 用于提供电源、数据流或控制信号的交换通道的背板； 与所述背板相连的电源板，用于将交流电转换为直流电； 与所述背板相连的主控板，用于实现整机系统的交换控制； 若干与所述背板相连的交换板，包括若干视频交换板及若干基于FPGA的交换板； 若干与所述背板相连的信号输入板，用于实现视频、音频、红外、串口数据的输入； 若干与所述背板相连的信号输出板，用于实现视频、音频、红外、串口数据的输出；及 与所述主控板连接的触摸屏，用于与用户实现交互，供用户输入控制指令。
2. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述电源板将110-240V的 交流电转换为27V的直流电。
3. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述电源板包括3个电源模 块。
4. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述主控板通过网络通讯 接口连接局域网或者外部的智能中控系统。
5. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述基于FPGA的交换板包 括可编程门阵列、存储器、单片机及CAN模块。
6. 如权利要求5所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，由一块基于FPGA的交换板 组成串口交换板或红外交换板。
7. 如权利要求5所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，由两块基于FPGA的交换板 组成音频交换板。
8. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述信号输入板为VGA卡、 CVBS卡、YPBPR卡、DVI卡、HDMI卡、光纤板卡或HDBaseT板卡。
9. 如权利要求1所述的多媒体传输矩阵架构，其特征在于，所述信号输出板为VGA卡、 CVBS卡、YPBPR卡、DVI卡、HDMI卡、光纤板卡或HDBaseT板卡。
【文档编号】H04N5/222GK104125375SQ201310152825
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年4月27日
【发明者】肖园, 郑燕旋 申请人:深圳市载德光电技术开发有限公司