[发明专利]一种具有内部切换功能的高标清视音频IO卡

权利要求书

1.一种具有内部切换功能的高标清视音频IO卡，其特征在于，包括：多个视音频输入端口和多个视音频输出端口，每个输入端口或输出端口都包括SDI、HDMI、模拟视频、AES/EBU音频和模拟音频的信号类型端口，所述的多个视音频输入端口中的每个SDI输入端口与各自的SDI输入信号接口转换芯片连接、每个HDMI输入端口与各自的HDMI视音频信号接收芯片连接、每个模拟视频输入端口与各自的模拟视频信号接收芯片连接，所述的多个视音频输出端口中的每个SDI输出端口与各自的SDI输出驱动芯片连接、每个HDMI输出端口与各自的HDMI视音频信号发生芯片连接、每个模拟视频输出端口与各自的模拟视频信号发生芯片连接，所述的多个视音频输入端口和多个视音频输出端口中的所有AES/EBU音频端口都与AES/EBU音频信号接收发送芯片连接，所述的多个视音频输入端口的所有模拟音频输入端口都与多路模拟音频信号接收芯片连接、所述的多个视音频输出端口的所有模拟音频输出端口都与多路模拟音频信号发生芯片连接，所述的各个SDI输入信号接口转换芯片、HDMI视音频信号接收芯片、模拟视频信号接收芯片和SDI输出驱动芯片、HDMI视音频信号发生芯片、模拟视频信号发生芯片以及AES/EBU音频信号接收发送芯片、多路模拟音频信号接收芯片、多路模拟音频信号发生芯片与现场可编程逻辑芯片连接，所述的现场可编程逻辑芯片与内存芯片、时钟芯片、外锁相芯片、板卡信息存储芯片、板卡供电芯片、计算机总线接口连接；

所述的现场可编程逻辑芯片：是IO卡上的核心处理单元，用于外部视音频信号的制式识别、制式编码、音频嵌入、音频解嵌、视音频的处理、视音频的缓冲区管理、计算机总线接口管理、控制命令解析等功能实现；所述的视音频的处理包括：视频缩放、视频混叠、视频切换；

所述的计算机总线接口，用于从驱动软件向IO卡硬件传送数据的总线发送链路和从IO卡硬件向IO卡软件传送数据的总线接收链路；

所述的内存芯片，用于外部视音频信号与软件采集播出视音频数据交互的缓冲区；

所述的时钟芯片，用于IO卡运行需要的时钟；

所述的外锁相芯片，用于使IO卡硬件工作在锁项外部输入信号的模式；

所述的SDI输入信号接口转换芯片：是SDI输入信号进入现场可编程逻辑芯片的桥梁；

所述的SDI输出驱动芯片：用于将现场可编程逻辑芯片输出的视音频信号转换为符合外部设备标准的SDI信号；

所述的AES/EBU音频信号接收发送芯片：是AES/EBU音频输入输出信号进出现场可编程逻辑芯片的桥梁；

所述的模拟视频信号发生芯片：用于将现场可编程逻辑芯片输出的视频数据流转换为模拟视频信号，通过模拟视频信号输出端口输出；

所述的模拟视频信号接收芯片：用于将模拟视频信号输入端口输入的模拟视频信号转换为视频数据流进入现场可编程逻辑芯片；

所述的HDMI视音频信号发生芯片：用于将现场可编程逻辑芯片输出的视音频数据流转换为HDMI视频信号，通过HDMI信号输出端口输出；

所述的HDMI视音频信号接收芯片：用于将HDMI信号输入端口输入的HDMI视音频信号转换为视音频数据流进入现场可编程逻辑芯片；

所述的多路模拟音频信号发生芯片：用于将现场可编程逻辑芯片输出的多路音频数据流转换为多路模拟音频信号，通过模拟音频信号输出端口输出；

所述的多路模拟音频信号接收芯片：用于将模拟音频信号输入端口输入的多路模拟音频信号转换为多路音频数据流进入现场可编程逻辑芯片；

所述的板卡信息存储芯片：用于存储板卡的基本信息；

所述的板卡供电芯片，用于IO卡的供电。

2.一种使用权利要求1所述IO卡的高标清视音频的切换方法，所述的IO卡各芯片与驱动软件共同组成的系统中包括：多个播出数据端口单元，所述的多个播出数据端口单元与总线发送链路连接，所述的总线发送链路与缓冲Buffer连接，所述的缓冲Buffer与中央处理装置连接；所述的缓冲Buffer与多个视音频制式编码与音频嵌入单元连接，所述的各个视音频制式编码与音频嵌入单元与各自的信号发送单元连接，所述的多个信号发送单元与多个信号输出端口单元连接；多个信号输入端口单元，所述的多个信号输入端口单元与各自的信号接收单元连接，各个信号接收单元与各自的视频音频分离单元和视频制式识别单元连接，所述视频制式识别单元与视频音频分离单元连接，所述视频音频分离单元与所述的缓冲Buffer连接，所述的缓冲Buffer与总线接收链路连接，所述的总线接收链路与多个采集数据端口单元连接；所述的各个播出数据端口单元、总线发送链路、缓冲Buffer、中央处理装置、各个视音频制式编码与音频嵌入单元、各个信号发送单元、各个信号输出端口单元、各个信号输入端口单元、各个信号接收单元、各个视频音频分离单元、各个视频制式识别单元、总线接收链路、采集数据端口单元与控制逻辑解析单元连接，所述的中央处理装置中设置了多个视频缩放器、混叠器交换矩阵、多个混叠器、主交换矩阵；其特征在于所述方法的步骤如下：

控制逻辑解析的步骤：用于接收应用软件传送来的控制命令并解析，对信号输入输出端口进行配置，对视音频制式编码与音频嵌入电路进行配置，对缓冲器的队列机制进行控制，对中央处理单元的运行模式进行设置；接收信号接收单元、视频制式识别单元、信号发送单元的状态信息，接收缓冲器的队列状态信息，接收中央处理装置的状态信息，接收总线发送链路与总线接收链路的状态信息，传送回应用软件，本步骤完成后进入“进入缓冲Buffer的步骤”；

以下三个步骤按先后顺序与“控制逻辑解析的步骤”平行进行：

接收外部视音频信号的步骤：用于接收外部设备连接到视音频IO卡上的物理电信号，并将这些物理电信号转换为视音频数据流；

信号制式识别的步骤：对接收外部视音频信号步骤中所接收的视音频数据流中的视频数据流进行解析，识别该视频数据流所描述的广播电视行业标准规定的视频制式；

视频和音频信号分离的步骤：用于从SDI或HDMI信号输入端口接收到的视音频数据流中分离出音频数据，在此步骤中随后根据控制逻辑解析步骤所确定选择的视频信号端口类型和音频信号端口类型选择需要处理的视频数据流、音频数据流或视音频数据流，本步骤完成后进入“进入缓冲Buffer的步骤”；

以下两个步骤按先后顺序与“控制逻辑解析的步骤”平行进行：

接收应用软件播出视音频的步骤：用于通过播出数据端口接收应用软件播出的视音频数据流，并存储在驱动软件中的对应端口队列中；

视音频数据通过总线发送链路传输的步骤：用于存储在驱动软件的端口队列中的视音频数据流通过总线发送链路传送到板卡硬件中的缓冲Buffer，本步骤完成后进入“进入缓冲Buffer的步骤”；

进入缓冲Buffer的步骤：用于在缓冲Buffer内对应于每个数据端口和每个信号端口，都建立相应的缓冲队列，将来源于信号输入端口的视音频数据流与来源于播出数据端口的视音频数据流存储在各自对应的缓冲队列中；

中央处理装置进行处理的步骤：用于中央处理装置从缓冲Buffer的信号输入数据队列和播出数据队列中取出相应的视音频数据流，在中央处理装置中对各数据流进行单独的视频缩放处理、视频混叠处理、视频切换处理，以及视频缩放处理、视频混叠处理、视频切换处理的混合处理；并将处理结果传送回缓冲Buffer中对应于信号输出端口的队列或者对应于采集数据端口的队列；

视音频制式编码与音频嵌入到视频数据流中的步骤：用于从缓冲Buffer对应于信号输出端口的队列中取出经中央处理装置处理过的视音频数据流，编码生成广播电视视频标准规定的视音频数据流，同时使用音频嵌入技术将音频数据流合并到视频数据流中；

发送视音频信号的步骤：用于将编码后的视音频数据流转换为符合设备间交互标准的物理电信号并传送到信号输出端口；

以下两步骤按先后顺序与“视音频制式编码与音频嵌入到视频数据流中的步骤”、“发送视音频信号的步骤”平行运行：

视音频数据通过总线接收链路传输的步骤：用于从缓冲Buffer对应于采集数据端口的队列中取出经中央处理单元处理过的视音频数据流，通过总线的接收链路传送到驱动软件的对应采集数据端口的队列中；

应用软件接收采集视音频数据的步骤：用于应用软件通过采集数据端口取出存储在驱动软件的对应采集数据端口的队列中的视音频数据流。