一种高清音视频的无缝切换实现热备份的方法及系统与流程

本发明涉及音视频技术领域，特别涉及一种高清音视频的无缝切换实现热备份的方法及系统。

背景技术：

人获取信息的方式绝大部分来自视觉，而视频可以让人非常直观的感知到这个世界。实时视频显示几乎无处不在，商场、影院、政府机构、部队指挥中心等等，随处可见的是监视显示屏，实时流动着五彩斑斓的信息。随着人们对视频质量的要求越来越高，已不满足标清分辨率的实时现实，追求更高分辨率的显示比如1920x1080p/60，甚至更高的4k分辨率。

在一些重要场合，比如国家领导人会议现场，要求视频不能中断，这就要求视频有备份功能，即当前视频出现异常时，能够实时检测到，并且自动切换到备用信号源，保证会议的顺利进行。而因为是重要会议，这里需要强调的是不能让用户感受到异常，因而，无缝切换热备份就显得很重要了。普通的备份功能是，当前视频断掉时，选择备用信号源，有的时候甚至需要人工去切换，切换过程会黑屏，这就给用户一个不好的体验，让其感受到异常的存在。而无缝切换热备份就不存在这种问题，当前信号源异常时，系统会自动切换到备用信号源，由于采用无缝切换方法，不会有黑场，用户感受不到异常的存在。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在当前视频异常，需人工去切换到备用信号源，或者是自动切换到备用信号源，会出现黑场的缺陷，提出了一种高清音视频无缝切换实现热备份的方法及系统。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：设计一种高清音视频的无缝切换实现热备份的方法，其特征在于，包括下述步骤：

S00步骤：输入视频1、2，视频接收芯片将两路视频的差分视频信号解压成TTL电平的视频数据和音频数据；

S01步骤：检测两路视频的视频数据是否是所支持的输入分辨率：如果在所需要支持的输入分辨率范围内，则认为该分辨率有效，否则认为无效；

S02步骤：视频缩放模块将输入分辨率缩放到所需要支持的缩放分辨率；

S03步骤：视频锁定模块检测视频是否稳定；在S01步骤认为该视频为有效的前提下，对S02输出的视频同步信号进行计数；分别对两路视频进行检测，如果稳定，则会选择该视频输出；如果不稳定，判断第2路视频是否稳定，此时如果第2路视频稳定，选择第2路视频输出，实现备份功能；如果两路视频都不稳定，则关闭输出；

S04步骤：视频缓存模块将S03步骤中稳定的视频数据不停歇的写入DDR，并从DDR中不停歇的读取；

S05步骤：视频输出模块内部产生视频发射芯片所需要的PCLK、DE、VS、HS信号，并读取S04步骤中的DDR中存储的视频数据，将其发送到视频发射芯片；

S06步骤：默认情况下，音频切换模块选择来自视频1的音频数据发送给视频发射芯片，如果视频1出现异常，音频切换模块切换视频2的音频数据给视频发射芯片，从而实现音频的切换热备份；至此，实现了音视频的无缝切换实现热备份。

进一步地，本发明设计一种高清音视频的无缝切换实现热备份的系统，该系统包括视频接收芯片、视频检测模块、视频缩放模块、视频锁定模块、视频缓存模块、视频输出模块、音频切换模块和视频发射芯片，视频接收芯片将输入的两路视频的差分视频信号分别解压成TTL电平的视频数据和音频数据，视频检测模块检测两路视频的视频数据是否是所支持的输入分辨率，如果在所需要支持的输入分辨率范围内，则认为该分辨率有效，否则认为无效；视频缩放模块将输入分辨率缩放到所需要支持的缩放分辨率。视频锁定模块检测视频是否稳定，在视频检测模块认为该视频数据有效的前提下，视频缩放模块对该视频数据进行缩放，视频锁定模块对经视频缩放模块缩放后的视频数据的视频同步信号进行计数，若经过计数后认为该视频数据稳定，则将该路视频数据发送给视频缓存模块进行读写操作；若该视频数据不稳定，则切换另一路视频数据进行判断，若稳定则将当前的视频数据发送给视频缓存模块进行读写操作，实现视频数据无缝切换热备份。若两路视频数据都不稳定，则关闭输出。视频输出模块内部产生视频发射芯片所需要的PCLK、DE、VS、HS信号，并从视频缓存模块内部读取视频数据，将视频数据发送给视频发射芯片，若当前视频正常，音频切换模块则将当前的音频数据发送给视频发射芯片，若当前视频异常，音频切换模块则将另一路的视音数据发送给视频发射芯片，从而实现音频数据的无缝切换热备份。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明实现了自动无缝切换备份音视频的技术，能够很好地解决重要场景中不能中断视频的问题，提高用户体验。比现有技术更人性化，体验更好，使用更方便。

附图说明

图1为本发明一种高清音视频无缝切换实现热备份的方法一种实施例的操作流程示意图；

图2为本发明一种高清音视频无缝切换实现热备份的系统一种实施例的结构框图及工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种高清音视频无缝切换实现热备份的方法(参见图1)，其特征在于，包括如下步骤：

S00步骤：输入视频1、2，视频接收芯片将两路视频的差分视频信号解压成TTL电平的视频数据和音频数据。分别为24bit的RGB视频数据以及同步信号PCLK、DE、HS、VS信号，以及音频数据SD0及采用时钟SCLK、左右声道时钟WCLK；

S01步骤：检测两路视频的视频数据是否是所支持的输入分辨率：在PCLK的采样时钟下，通过对DE以及HS进行计数，得到HTOTAL值，即一行的总像素点，通过对VS以及HS进行计数，得到一帧视频的总行数VTOTAL。得到HTOTAL和VTOTAL后，可以得知当前的输入分辨率是多少，如果在所需要支持的输入分辨率范围内，则认为该分辨率有效，否则认为无效；比如通过DE以及HS计数，得到当前视频的HTOTAL值为1920，通过VS以及HS计数得到VTOTAL值为1080，则表示当前输入分辨率为1920*1080，在所支持分辨率范围内。

S02步骤：视频缩放模块将输入分辨率缩放到所需要支持的缩放分辨率。这里需要调用xilinx的IP库。本系统采用scaler3.0的IP库。该IP实现视频的缩放功能。通过调用此IP，可以将视频从一个分辨率放大或缩小到另外一个分辨率。

S03步骤：视频锁定模块检测视频是否稳定。通过S01步骤可以得知当前输入分辨率是否有效，在S01步骤认为该视频为有效的前提下，对S02输出的视频同步信号进行计数。这里的要用到的同步信号为VS，如果连续8个VS上升沿来临，S01步骤都认为有效的话，那么认为该输入视频已经是稳定的，可以告诉下一个模块进行读写操作。分别对两路视频进行检测，如果稳定，则会选择该视频输出。如果不稳定，判断第2路视频是否稳定，此时如果第2路视频稳定，选择第2路视频输出，实现备份功能。如果两路视频都不稳定，则关闭输出。

S04步骤：视频缓存模块(也即DMA模块)将S03步骤中稳定的视频数据不停歇的写入DDR，并从DDR中不停歇的读取。在S03步骤后，如果视频已稳定，则会将S02步骤后的视频数据写入DDR中，这里需要不间断地写入4帧数据。视频数据的输出需要从这里进行读取，也为不间断的4帧数据。S03以及S04是实现无缝切换热备份关键的两个环节。默认情况下，S04的写入数据来自第1路视频，当第1路视频出现异常时，S04的写入数据选择来自第2路视频，从而实现无缝切换热备份。而这过程的读取，以及视频输出是连续的，用户不会感受到视频1已经异常。这里认为连续8帧锁定则认为视频是稳定的，以普通的1920*1080/60HZ输出为例，该输出刷新率为60HZ，每帧的时间为1/60s约等于16.7ms，8帧则约等于133ms，这个时间的停顿人眼几乎是察觉不到的。

S05步骤：视频输出模块内部产生视频发射芯片所需要的PCLK、DE、VS、HS信号，并读取S04步骤中的DDR中存储的视频数据，将其发送到视频发射芯片。

S06步骤：默认情况下，选择来自视频1(即第1路视频)的音频数据发送给视频发射芯片，如果视频1出现异常，音频切换模块切换视频2(即第2路视频)的音频数据给视频发射芯片，从而实现音频的切换热备份。结合上述，实现了音视频的无缝切换热备份功能。

所述S01步骤中检测两路视频的视频数据是通过视频检测模块来完成的。

进一步的，本发明提供一种高清音视频的无缝切换实现热备份的系统，该系统包括视频接收芯片、视频检测模块、视频缩放模块、视频锁定模块、视频缓存模块、视频输出模块、音频切换模块和视频发射芯片，视频接收芯片将输入的两路视频的差分视频信号分别解压成TTL电平的视频数据和音频数据，视频检测模块检测两路视频的视频数据是否是所支持的输入分辨率，如果在所需要支持的输入分辨率范围内，则认为该分辨率有效，否则认为无效；视频缩放模块将输入分辨率缩放到所需要支持的缩放分辨率。视频锁定模块检测视频是否稳定，在视频检测模块认为该视频数据有效的前提下，视频缩放模块对该视频数据进行缩放，视频锁定模块对经视频缩放模块缩放后的视频数据的视频同步信号进行计数，若经过计数后认为该视频数据稳定，则将该路视频数据发送给视频缓存模块进行读写操作；若该视频数据不稳定，则切换另一路视频数据进行判断，若稳定则将当前的视频数据发送给视频缓存模块进行读写操作，实现视频数据无缝切换热备份。若两路视频数据都不稳定，则关闭输出。视频输出模块内部产生视频发射芯片所需要的PCLK、DE、VS、HS信号，并从视频缓存模块内部读取视频数据，将视频数据发送给视频发射芯片，若当前视频正常，音频切换模块则将当前的音频数据发送给视频发射芯片，若当前视频异常，音频切换模块则将另一路的视音数据发送给视频发射芯片，从而实现音频数据的无缝切换热备份。

所述视频检测模块用于检测当前的输入分辨率是哪种，视频数据格式为RGB/YUV。通过对视频的同步信号HS、VS、以及DE进行计数，在VS为上升沿来时，行计数初始值为0，每个DE上升沿来时，行计数值累加1，下一个VS来时，此时的行计数值为当前视频的行数。在HS为上升沿来时，像素计数初始值为0，DE为高电平期间，像素计数值每个时钟周期累加1，下一个HS来时，此时的像素计数值为当前视频的像素点数。通过计算每一帧的行数和每一行的像素点数，可以得知当前的视频是否为标准视频。

所述视频缩放模块用于将输入视频数据缩放到所需要的输出分辨率，采用xilinx的ip库集成来缩放的算法，用户需要调用此IP。本系统采用scaler3.0的IP库。

所述视频锁定模块用于判断当前视频是否稳定，在视频检测模块检测到当前视频为标准视频信号源的前提下，对帧同步信号VS进行计数，VS上升沿来时，计数值累加1，如果到达8，则计数值保持不变.如果出现视频为非标准视频，计数值清0。当帧稳定计数值为8，则表示当前视频已连续8帧稳定，可以认为当前视频是稳定的了。

所述视频缓存模块将稳定的视频写入DDR中，循环写入4帧，循环读取4帧；以输出分辨率为1920x1200/60为例，这里所用色深为8bit，RBG共24bit数据，缓存一帧所需要的大小为1920*24*1200约等于52.7Mbit。

所述视频输出模块根据输出分辨率需求，产生视频发送所需要的同步信号HS、VS、DE、和RGB24bit数据，送到显示终端进行显示；

所述音频切换模块采用I2S接口的音频数据，I2S主要由三个信号组成，分别为SCLK、WCLK以及SD0组成，其中SCLK为数据的采样时钟，WCLK为左右声道时钟，SD0为数据传输通道；当识别视频为输入1时，切换第1路的I2S音频数据给到后面的接收设备，当输入视频为输入2时，切换第2路的I2S音频数据给到后面的接收设备。

总之，在本实施例中，提供了一种自动无缝切换备份音视频的技术，能够很好地解决重要场景不能中断视频，提高用户体验。比现有技术更人性化，体验更好，使用更方便。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。