一种多功能超高清IP播出切换器及切换方法与流程

本发明涉及通信技术和广播电视，具体涉及一种多功能超高清ip播出切换器及切换方法。

背景技术：

1、超高清ip播出切换器实现在切换信号同时叠加图文信号输出，随着ip架构4k/8k超高清制播系统逐渐成熟，在播总控机房、制作机房需求越来越高。

2、目前超高清ip播出切换实现方式及不足：

3、1.采用传统切换器方式，切换后的基带信号再经过ip转换网关转换成ip信号；这种方案增加了输入、输出信号ip转换环接，多配置了设备，系统臃肿；

4、2.采用服务器配置方式，服务器安装100g高速网卡，接受超高清ip媒体流，利用集群服务器算力实现高速图文叠加到实时节目上。这种服务器均需要配置100g网络接口卡以及高性能cpu+gpu配件，构建成本较高；做不到即插即用，基于通用操作系统自身运维也存在一定安全风险。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种多功能超高清ip播出切换器及切换方法。

2、本发明公开了一种多功能超高清ip播出切换器，包括：互联的多功能信号切换模块、信号控制模块和电源模块；其中，

3、多功能信号切换模块包括两个100g光纤网络接口、网络协议解包模块和网络协议封包模块、st2110协议解包模块和st2110协议封包模块、ptp时钟模块、hbm存储器、键信号发生模块、信号帧同步处理模块、信号检测处理模块、信号切换处理模块、键信号叠加处理模块、信号低码率编码处理模块、多画面合成处理模块和配置接口；网络协议解包模块和网络协议封包模块均与100g光纤网络接口、st2110协议解包模块和st2110协议封包模块、ptp时钟模块相连，st2110协议解包模块和st2110协议封包模块与hbm存储器相连，键信号发生模块和hbm存储器与信号帧同步处理模块、信号检测处理模块、信号切换处理模块、键信号叠加处理模块、信号低码率编码处理模块、多画面合成处理模块相连，信号帧同步处理模块、信号检测处理模块、信号切换处理模块、键信号叠加处理模块、信号低码率编码处理模块、多画面合成处理模块通过配置接口与信号控制模块相连；

4、信号控制模块包括依次连接的接口、协议栈和客户端web配置页面。

5、作为本发明的进一步改进，所述100g光纤网络接口为qsfp28光纤接口。

6、本发明还公开了一种基于上述多功能超高清ip播出切换器的多功能超高清ip播出切换方法，包括：

7、外部核心交换机将4k ip信号经100g光纤网络接口多功能信号切换模块；在多功能信号切换模块内先经过网络协议解包模块进行网络协议解复用，而后送入st2110协议解包模块，基于ptp时钟模块解包后的视频、音频、辅助数据被缓存在hbm存储器中；

8、配置键信号发生模块，将用户存储的静止图像或者动态图像转换成键信号；

9、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到信号帧同步处理模块，完成多路信号时钟对齐处理；

10、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到信号检测处理模块，完成多路信号质量检测，异常信号报警提示用户做处理，并对异常信号做标记；

11、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到信号切换理模块，完成多路指定输入信号源切换到指定输出通道；

12、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到键信号叠加处理模块，按照用户配置需求图文信号与视音频信号画面叠加处理；；

13、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到低码率编码处理模块，按照用户配置需求完成画面低码率输出，实现用户操作端界面画面实时监看功能；

14、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到多画面合成处理模块，按照用户配置需求完成画面缩放处理、合成处理，形成多画面监看输出；

15、将切换后的输出数据送入hbm存储器中，将hbm存储器中的数据送入st2110协议封包模块，基于ptp时钟模块完成无压缩st2110协议ip数据封包，而后将封包后的数据送入网络协议封包模块进行网络复用，最后经100g光纤网络接口将处理好的ip流送回外部核心交换机；

16、信号控制模块通过协议栈提供该装置对外接口通讯协议，提供客户端web配置界面供用户修改工作参数、查看工作状态。

17、作为本发明的进一步改进，在所述hbm存储器中，采用一种扩展片上缓存读写带宽的方法实现超高带宽数据的写入和读出，具体包括：

18、在控制访问时，基于fpga时钟产生一个对hbm的时序控制信号；

19、对axi-port进行赋值，每个axi-port下对应的地址通道和hbm通道有相应的地址，以构建出一个包含m个axi-port存储矩阵；

20、在数据写入时，将数据均分从m个axi-port写入该存储矩阵；需要读出时同时从多个axi-port读出。

21、作为本发明的进一步改进，通过axi-port在向hbm写入数据时，采用地址位相同、数据位不同的处理机制的新地址算法，新地址由颗粒id和颗粒存取地址组成，算法控制数据向新地址写入和读出。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、本发明集成多种功能与一体，减少了信号之间的链接环节，减少信号延时以及减少设备投入，简化ip流制播系统构架，提高了设备性价比；

24、本发明的硬件架构、功能设计在国内、国际处于领跑地位，填补国内技术以及设备层面的空白；

25、本发明充分利用hbm存储性能，满足单体设备对高分率画面不可分割的超高带宽、高速信号实现实时、多种处理的需求；实现了单体嵌入式设备提供多种功能，包含多路ip流切换、字幕图文信号发生、外来字幕图文或者内部字幕图文与pgm节目信号实时叠加，同时提供了低码率信号输出、多画面信号输出。

1.一种多功能超高清ip播出切换器，其特征在于，包括：互联的多功能信号切换模块、信号控制模块和电源模块；其中，

2.如权利要求1所述的多功能超高清ip播出切换器，其特征在于，所述100g光纤网络接口为qsfp28光纤接口。

3.一种基于权利要求1或2所述的多功能超高清ip播出切换器的多功能超高清ip播出切换方法，其特征在于，包括：

4.如权利要求3所述的多功能超高清ip播出切换方法，其特征在于，在所述hbm存储器中，采用一种扩展片上缓存读写带宽的方法实现超高带宽数据的写入和读出，具体包括：

5.如权利要求4所述的多功能超高清ip播出切换方法，其特征在于，通过axi-port在向hbm写入数据时，采用地址位相同、数据位不同的处理机制的新地址算法，新地址由颗粒id和颗粒存取地址组成，算法控制数据向新地址写入和读出。