一种超高清视频分布式实时处理系统、方法、设备及介质与流程

1.本发明涉及人机交互视频处理技术领域，具体为一种超高清视频分布式实时处理系统、方法、设备及介质。


背景技术：

2.现有显控设备，用于实现雷达视频、光电视频及计算机网络视频等高清视频(分辨率1600x1200)传输、处理与显示，按功能可划分为处理单元、显示单元，是包含一个显控计算机及多个触控显示器的人机交互平台。视频链路内容由处理单元集中进行视频处理后通过显示单元显示。通过处理单元进口dsp芯片处理ppi需求中的直角坐标系与极坐标系转换，通过数字及模拟开关选通多路视频源，通过数字处理软件实现编解码、叠加、拼接等视频处理功能。显控设备组成示意图，如图1所示。
3.随着电子信息技术快速迭代，计算机显示逐步向超高清显示(分辨率3840x2160)发展，数据量呈几何级数上涨，显示终端数量也更多，原始视频数据像素时钟频率大幅提高，使用原有视频处理方式处理超高清视频数据，处理延迟显著增加。


技术实现要素：

4.针对现有技术中显控设备的处理单元中多处理模块集中重复部署存在散热的问题和显示单元定制使用不灵活的问题，本发明提供一种超高清视频分布式实时处理系统、方法、设备及介质，系统结构对处理器进行了有效分配，解决了散热问题，同时有效的降低了处理单元的整体功耗以及有效的将全链路视频处理进行了延迟缩减。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种超高清视频分布式实时处理系统，包括显示单元和处理单元；显示单元与处理单元电源连接；显示单元内设有若干触屏显示器，其中每个触屏显示器对应设有处理器；处理单元内设有显控计算机，所述显控计算机内设置有处理器。
7.优选的，显示单元内若干触屏显示器的处理器之间通过后网络接口互联。
8.优选的，处理单元内还设有中央处理器cpu、图形处理器gpu、现场可编程门阵列fpga和视频处理soc。
9.优选的，现场可编程门阵列fpga包括一级数据预处理模块、二级数据预处理模块、三级数据预处理模块、四级数据预处理模块和字符叠加模块；
10.所述一级数据预处理模块的输入端连接源视频数据输出端，一级数据预处理模块的输出端连接至二级数据预处理模块；二级数据预处理模块的输出端连接至三级数据预处理模块；三级数据预处理模块的输出端连接至四级数据预处理模块；四级数据预处理模块的输出端连接至字符叠加模块；字符叠加模块的输出端连接至显示单元中的触屏显示器。
11.一种超高清视频分布式实时处理方法，通过上述所述的一种超高清视频分布式实时处理系统实现，具体步骤如下：
12.获取一级视频数据和二级视频数据；
13.一级视频数据输入至显示单元中，通过显示单元中若干处理器进行视频数据处理后在触屏显示器中进行显示；
14.二级视频数据输入至处理单元中，在处理单元中对二级视频数据进行视频数据预处理得到视频数据，视频数据再输入至显示单元中，通过显示单元中若干处理器进行视频数据处理后在触屏显示器中进行显示。
15.优选的，一级视频数据包括会议视频和远端计算机图形图像视频；所述二级视频数据包括雷达视频和光电视频。
16.优选的，二级视频数据在处理单元中通过中央处理器cpu、图形处理器gpu、现场可编程门阵列fpga和视频处理soc进行视频数据预处理。
17.进一步的，现场可编程门阵列fpga包括一级数据预处理模块、二级数据预处理模块、三级数据预处理模块、四级数据预处理模块和字符叠加模块；
18.一级数据预处理模块用于对源视频数据裁剪预处理；
19.二级数据预处理模块用于通道配置及双倍速率同步动态随机存储器ddr写控制；
20.三级数据预处理模块用于双倍速率同步动态随机存储器ddr读控制及阻塞缓存；
21.四级数据预处理模块用于k值预处理；
22.字符叠加模块用于字符叠加实现视频数据。
23.一种显控计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述超高清视频分布式实时处理方法的步骤。
24.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的超高清视频分布式实时处理方法的步骤。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
26.本发明提供了一种超高清视频分布式实时处理系统，显示单元内设有若干触屏显示器，每个触屏显示器对应设有处理器，将处理器模块灵活配置到显示单元中的每个触屏显示器内，并减少处理单元中的处理器模块，在同等条件下，处理单元整体功耗得到下降，全链路视频处理延迟得到缩减；同时，解决了处理单元内多处理模块集中重复部署造成的散热问题和显示单元定制使用不灵活问题，与现有技术相比，本发明中内部插拔板卡数量减少，提及缩小，机箱工作温度降低，风冷噪声减小。
27.进一步的，充分利用了现场可编程门阵列fpga高速并发可编程处理特性，结合外联高速网络接口，达到了fpga灵活在线配置、实时按需处理超高清视频的效果；
28.本发明提供了一种超高清视频分布式实时处理方法，获取一级视频数据和二级视频数据，并将一级视频数据输入至显示单元中视频数据处理后进行显示，将二级视频数据输入至处理单元中进行视频数据预处理后生成视频数据再输入至显示单元中处理后进行显示；本发明基于全国产化基础软硬件实现了软硬件适配及工程化应用验证，实现了支持软件定义多源快速切换的超高清视频分布式实时处理及综合显示。
附图说明
29.图1为现有技术中显控设备集中式视频处理示意图
30.图2为本发明中超高清视频分布式实时处理系统示意图；
31.图3为本发明中现场可编程门阵列fpga视频预处理示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
35.参见图2，本发明提供了一种超高清视频分布式实时处理系统，系统结构对处理器进行了有效分配，解决了散热问题，同时有效的降低了处理单元的整体功耗以及有效的将全链路视频处理进行了延迟缩减。
36.具体的，该超高清视频分布式实时处理系统，包括显示单元和处理单元；显示单元与处理单元电源连接；显示单元内设有若干触屏显示器，其中每个触屏显示器对应设有处理器；处理单元内设有显控计算机，所述显控计算机内设置有处理器。
37.具体的，显示单元内若干触屏显示器的处理器之间通过后网络接口互联。
38.具体的，处理单元内还设有中央处理器cpu、图形处理器gpu、现场可编程门阵列fpga和视频处理soc。
39.具体的，现场可编程门阵列fpga包括一级数据预处理模块、二级数据预处理模块、三级数据预处理模块、四级数据预处理模块和字符叠加模块；
40.根据图3所示，一级数据预处理模块的输入端连接源视频数据输出端，一级数据预处理模块的输出端连接至二级数据预处理模块；二级数据预处理模块的输出端连接至三级数据预处理模块；三级数据预处理模块的输出端连接至四级数据预处理模块；四级数据预处理模块的输出端连接至字符叠加模块；字符叠加模块的输出端连接至显示单元中的触屏显示器。
41.综上所述，本发明提供了一种超高清视频分布式实时处理系统，显示单元内设有若干触屏显示器，每个触屏显示器对应设有处理器，将处理器模块灵活配置到显示单元中的每个触屏显示器内，并减少处理单元中的处理器模块，在同等条件下，处理单元整体功耗得到下降，全链路视频处理延迟得到缩减；同时，解决了处理单元内多处理模块集中重复部署造成的散热问题和显示单元定制使用不灵活问题。
42.下述为本发明的方法实施例，通过上述超高清视频分布式实时处理系统实现的，具体步骤如下：
43.获取一级视频数据和二级视频数据；
44.一级视频数据输入至显示单元中，通过显示单元中若干处理器进行视频数据处理后在触屏显示器中进行显示；
45.二级视频数据输入至处理单元中，在处理单元中对二级视频数据进行视频数据预处理得到视频数据，视频数据再输入至显示单元中，通过显示单元中若干处理器进行视频数据处理后在触屏显示器中进行显示。
46.其中，一级视频数据包括会议视频和远端计算机图形图像视频；二级视频数据包括雷达视频和光电视频。
47.具体的，二级视频数据在处理单元中通过中央处理器cpu、图形处理器gpu、现场可编程门阵列fpga和视频处理soc进行视频数据预处理。
48.根据图3所述，现场可编程门阵列fpga包括一级数据预处理模块、二级数据预处理模块、三级数据预处理模块、四级数据预处理模块和字符叠加模块；
49.一级数据预处理模块用于对源视频数据裁剪预处理；
50.二级数据预处理模块用于通道配置及双倍速率同步动态随机存储器ddr写控制；
51.三级数据预处理模块用于双倍速率同步动态随机存储器ddr读控制及阻塞缓存；
52.四级数据预处理模块用于“k”值预处理；
53.字符叠加模块用于字符叠加实现视频数据。
54.本发明中处理单元基于全国产基础软硬件平台运行，采用异构的主处理器及辅处理器双模协同ppi显示优化方法；处理单元中基于fpga进行多级数据预处理，遴选符合指定预处理k值算法的像素点赋值，并且采用了界定动态扇形区域方法提高运算效率，；显示单元中多超高清视频源可快速进行显示切换。
55.本发明中在获取视频数据时对视频数据信号进行分类，并选择指定部位合适的视频处理器进行视频处理，其中根据超高清视频信号固有特征分类为一级视频数据和二级视频数据，一级视频数据包括会议视频和远端计算机图形图像视频；二级视频数据包括雷达视频和光电视频。
56.在显示单元中基于视频处理器外挂大容量动态存储器缓冲多元超高清视频快速切换的方法，根据使用者要求平稳迅速的选择显示单元和处理单元的数据处理通路进行超高请视频的显示。
57.在处理单元中，利用图形处理器gpu并行处理能力，通过openg1混色在片段着色器中实现双模ppi(雷达径向环形显示)，逐点消隐超高清显示，合理减轻了中央处理器cpu端负载，保证了全系统长期可靠运行。
58.本发明再一个实施例中，提供了一种显控计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
‑
programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实
现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于超高清视频分布式实时处理方法的操作。
59.本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non
‑
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中超高清视频分布式实时处理方法的相应步骤。
60.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
61.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
62.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
63.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
64.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。