一种多视频视频监控系统的设计

一种多视频视频监控系统的设计

1数字视频监控系统视频监控是在线实时视频获取的技术。随着宽度信息网络在社会生活和工作中的普及，视频监控技术在教育、政府、娱乐、医疗、酒店、体育等领域得到了越来越多的应用，这已成为当前的热点领域。早期的视频监控主要基于模拟信号技术,典型的应用系统有闭路电视监控系统(CCTV)等,采用视频电缆以模拟方式传输图像信息,传输距离不能太远,一般用于小范围内的监控,监控图像只能在控制中心监视器上查看视频交换矩阵是数字视频监控系统的核心单元之一,实现任意路视频信号输入到任意路数视频信号输出的切换,在安防系统中则起到多路音视频输入、少路音视频输出的重点监控作用。本文设计了一种非压缩数字化视频交换矩阵,适用于数字、模拟两种类型视频的交换,其功能模块可以灵活地扩展配置,具有视频质量高、输入输出容量大等突出优点。2非压缩数字视频传输交换模块按实现视频切换的不同方式,视频交换矩阵分为模拟矩阵和数字矩阵。传统的模拟矩阵在模拟视频层进行信号切换,主要采用单片机或更复杂的芯片控制模拟开关,实现单路画面上电视墙。数字矩阵则在数字视频层进行视频切换,其过程可以是同步的也可以是异步的。数字矩阵的核心是对数字视频信号的处理和传输,系统中采用高速数字处理芯片,与前端输入设备无缝结合成为一个整体,使得信号切换很平稳,避免出现模拟矩阵所具有的瞬间中断信号、闪烁和雪花等现象。相比模拟矩阵监控显示,数字化视频交换矩阵的显示灵活得多,在相同情况下所需监视器的数量也可大为减少。现有的数字矩阵通常对数字视频信号处理采用了压缩方式。国际上基于各种算法的数字视频传输标准已有较多,如MPEG-2/MPEG-4或H.264等本文所设计的非压缩数字视频交换矩阵,视频信号不经过压缩直接送入矩阵进行处理,使得视频信息不损失,保证清晰地还原模拟视频信号,视频信号质量甚至可以达到广播质量要求,其原理可以用图1表示。非压缩数字视频交换矩阵先对输入的多路模拟视频信号进行功率放大,以利于驱动后续的处理电路,之后,模拟视频信号经数字化编码转换为数字信号。与此对应在视频输出端增加数模译码,将数字信号转换为模拟信号输出。经过这样的处理,使得模拟视频信号能够以数字方式进行信号切换。数字矩阵的核心部分是数字视频信号传输交换模块,它代替了模拟矩阵中的模拟视频切换开关。数字视频信号传输交换模块由高速数字视频交换模块、非压缩数字视频输入和输出总线等构成。非压缩数字视频输入和输出总线提供了全速率的数字视频接口,不仅可以接收模拟视频的数字化视频编码信号,也能够用于直接接收非压缩数字视频信号。因此,该数字视频交换矩阵具备处理模拟视频和数字视频的双重功能。3视频信号转换芯片设计非压缩数字视频交换矩阵的实现框图如图2所示。视频信号首先经过数字化处理,在ARM控制器和可编程逻辑控制器的共同工作下,由键盘选择或PC机控制,可任意选择120路输入视频信号中的任何40路视频信号输出。同时,系统留有扩展口,对于大于120路视频输入路数的视频监控中心,可以使用无损级联的方式进行扩容。在设计上支持模块化和即插即用(PnP),可以随时通过增加或减少模块来增加或减少视频信号输入和输出。设备主控芯片采用当今性价比最高的可编程逻辑器件和ARM控制器来设计,对设备中用量较多的视频信号转换芯片选择通用的芯片,可降低设备的整机的成本。针对于高速数字视频信号处理,在芯片选用上特别注重工作速度指标。并且,在设计时必须考虑数字信号对模拟信号的干扰问题,在布线时必须考虑高速信号对慢速信号的干扰问题。背板固定安装在系统内部靠后挡板的位置,为各个槽位提供所需的走线连接,并起到一定的稳固插卡的作用。背板提供电源、管理、数据和预留等总线,如图3所示。这样设计的好处是成本低、板卡通用性好,缺点是对于高频信号的阻抗匹配较难控制。背板留有40路视频的BLVDS总线,采用FPGA直接提供BLVDS接口,并且每个BLVDS接口都是双向的,设计简洁。图3中,每个输入输出卡的视频输入数和输出数可以根据用户需求灵活配置(硬件模块化配置)。另外输入输出卡留有一个1.25G的光纤接口,用来进行容量扩展和监控中心之间的视频资源联网和调度。控制卡负责对整个设备运行状态进行监测和控制。同时支持视频控制键盘的连接;支持通过以太网的远程监控。控制卡和各个输入输出卡之间采用非常可靠的CAN-BUS总线进行通信。各个板卡支持热插拔。该数字视频交换矩阵将模拟视频信号处理和DVR整合到一台监控主机里,可以实现任意画面上电视墙,为单台监视器提供单画面、四画面、十三画面、十六画面、画中画等多种显示模式,输出顺序、转换时间可以通过矩阵控制界面编程设置。具有键盘选配功能,以及提供对于云台、块球的鼠标单键控制功能。所有电路模块采用了小型化、标准化结构,机架尺寸高度采用8U,宽度为19英寸,深度280毫米。这样设计增强了设备安装的通用性,可直接安装到现有的机架上。交换矩阵的视频指标如表1所示。4数字视频系统的深度智能化给出了非压缩数字视频交换处理的实现方法,与普通的压缩编码数字视频交换相比,具有不损失视频信息、图像质量高的优点。该交换矩阵的结构具有可扩展性和模块化特点,应用灵活简便。通过对于高速信号处理、数模兼容等关键环节的恰当设计,保证了系统的性能。得益于高速芯片等的硬件性能的不断提高,必然使数字矩阵的功能不断提升、不断向高端发展。与此同时,随着软件技术发展,不断有更复杂、更智能的图像处理算法被提出和得到应用,比如智能的移动检测、智能识别技术(人脸识别,指纹识别、车牌识别、签名识别)目前都已经有了比较成熟的应用,这