大型场馆专业级网络化音视频处理设备及其处理方法

摘要

本发明公开了一种大型场馆专业级网络化音视频处理设备，其特征在于：其包括依次连接的一音频处理装置、一字符叠加处理器、一数字/模拟转换器、一音视频时钟同步电路、一音视频压缩卡、一音视频备份装置；其还包括一视频处理装置、一通讯单元，所述视频处理装置与字符叠加处理器连接；所述通讯单元与音视频压缩卡连接。本发明还公开利用上述设备处理网络化音视频数据的处理方法。本发明的音频处理装置具有具有标准的串行音频输入接口，支持多种音频输入格式，具有音效均衡、音量调节、动态范围控制、直流滤波、去加重等功能，系统具有自动频率检测功能，能够自动检测输入音频信号的采样频率并自动加载相应频段的滤波器系数。

说明书

技术领域

本发明属于广播电视行业音视频制作播出设备领域，具体涉及一种大型场馆专业级网络化音视频处理设备，以及利用此设备处理音视频数据的方法。 

背景技术

19世纪数字技术的出现给人们的工作和生活带来了巨大的影响，在这个科技飞速发展的数字化时代，数字音频技术则可以称得上是数字信号处理中应用最广泛的数字技术之一。数字音频技术的主要优点是能提高音频信号的质量，增强信号的抗干扰能力，便于信号的存储、传输和处理。 

但是，现有的音频处理装置，不具有自动检测输入音频信号的采样频率并自动加载相应频段的滤波器系数以及支持多种音频输入格式，并具有音效均衡、音量调节、动态范围控制、直流滤波、去加重等一系列功能；同时，现有的视频处理装置的图像数据采集帧速率、图像解析度参数不能根据客户的意见进行实时设置。 

因此，为设计一款全数字化处理，低成本、高效能、外观紧凑的网络化音视频处理设备提供了可能。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明致力于提供一种解决上述问题的一种大型场馆专业级网络化音视频处理设备，以及利用此设备处理音视频数据的方法。 

本发明为实现上述目的而采用的技术方案为： 

一种大型场馆专业级网络化音视频处理设备，其包括依次连接的一音频处理装置、一字符叠加处理器、一数字/模拟转换器、一音视频时钟同步电路、一音视频压缩卡、一音视频备份装置；其还包括一视频处理装置、一通讯单元，所述视频处理装置与字符叠加处理器连接；所述通讯单元与音视频压缩卡连接。 

其还包括一音频采集装置以及一视频采集装置，所述音频采集装置与音频处理装置连接，所述视频采集装置与视频处理装置连接。 

所述音频处理装置，其包括一DSP数字音频处理器、一串行音频接口、一I2C接口、一数据通路、一系数寄存器、一控制寄存器、一自动频率检测与滤波器系数选择功能模块、一音量调节功能模块、一左声道音频数据输出端口以及一右声道音频数据输出端口； 

所述DSP数字音频处理器分别与控制寄存器、系数寄存器、数据通路连接； 

所述串行音频接口分别与串行音频数据输入信号线、串行时钟信号线、数据通路、控制寄存器连接； 

所述自动频率检测与滤波器系数选择功能模块分别与串行音频数据输入信号线、串行时钟信号线、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述I2C接口分别与I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述音量调节功能模块分别与控制器寄存器、数据通路连接； 

所述数据通路分别与左声道音频数据输出端口、右声道音频数据输出端口连接； 

所述左声道音频数据输出端口、右声道音频数据输出端口分别与字符叠加器连接。 

所述视频处理装置，其包括一HDMI视频矩阵处理器、一HDMI视频解码器、一I2C接口、一系数寄存器、一控制寄存器、一HDMI视频编码器、一视频输入端口以及一视频输出端口； 

所述HDMI视频矩阵处理器分别与HDMI视频解码器、HDMI视频编码器、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述I2C接口分别与I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述视频输入端口分别与视频数据输入线、HDMI视频解码器连接、控制寄存器； 

所述HDMI视频编码器与视频输出端口连接； 

所述视频输出端口与字符叠加器连接。 

所述音视频时钟同步电路，其采用芯片MK2745完成视频与音频的同步。 

所述通讯单元，其包括一与以太网接口模块连接的RJ45接口以及一Wi-Fi模块连接的天线，所述音视频压缩卡分别与以太网接口模块、Wi-Fi模块连接。 

所述音视频备份装置，其为一刻录机，所述刻录机内置有一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘。 

一种利用上述的大型场馆专业级网络化音视频处理设备的处理音视频数据的处理方法，其包括如下步骤： 

(1)设置一大型场馆专业级网络化音视频处理设备，打开电源，使其处于工作状态； 

(2)大型场馆专业级网络化音视频处理设备的初始化； 

(3)音频处理装置接收并对音频采集装置采集的音频数据进行处理； 

视频处理装置接收并对视频采集装置采集的视频数据进行处理； 

(4)经步骤(3)处理后数据信息的发送字符叠加器，将需要叠加的字体的位置、字符在图像上的区域信息、配色方案、输出格式传送给字符叠加接口函数进行处理，再将处理结果交互给数字/模拟转换器，转换为数字信号； 

(5)将步骤(4)的数字信号，转发给音视频时钟同步电路进行处理，将处理后的数据信息转发给音视频压缩卡；首先，将收到的数据信息划分为多块，每块划分为一大小为8*8的音视频数据构成的视频序列，所述音视频压缩卡采用DCT基编码器对收到的数据信息进行压缩，所述DCT基编码器包括一DCT变化器、一量化器以及一熵编码器，其中，DCT变化器采用的DCT变化函数为： 

$F(u,v)=\frac{1}{4}C\left(u\right)C\left(v\right)\left[\underset{i=0}{\overset{7}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{7}{\Sigma }}f(i,j)\cos \frac{(2i+1)\mathrm{u\pi }}{16}\cos \frac{(2j+1)\mathrm{v\pi }}{16}\right]$

其中：当u、v＝0时；否则，C(u)，C(v)＝1； 

f(i，j)为为8*8的音视频数据构成的视频序列中，当前处理的音视频数据，其中，i，j为当前处理的音视频数据在8*8的视频序列中的空间位置； 

(6)将步骤(5)处理后的数据信息分别转发给音视频备份装置、通讯单元，所述音视频备份装置对音视频数据进行备份， 

设置一音视频解压缩装置以及一播放装置，所述通讯单元将音视频数据发送给音视频解压缩装置，再传送给播放装置进行实时播放； 

所述音视频解压缩装置，采用DCT基解码器对收到的数据信息进行解压缩，所述DCT基编码器包括一熵解码器、一反量化器以及一DCT逆变化器，其中，DCT逆变化器采用的DCT逆变化函数为： 

$f(i,j)=\frac{1}{4}C\left(u\right)C\left(v\right)\left[\underset{u=0}{\overset{7}{\Sigma }}\underset{v=0}{\overset{7}{\Sigma }}F(u,v)\cos \frac{(2i+1)\mathrm{u\pi }}{16}\cos \frac{(2j+1)\mathrm{v\pi }}{16}\right]$

其中：当u、v＝0时，否则，C(u)，C(v)＝1。 

所述步骤(2)其具体包括如下步骤： 

(21)音频处理装置的自动频率检测与滤波器系数选择功能模块，对音频数据输入信号线的音视频数据进行分析；再发送命令给DSP数字音频处理器，通过I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线发送命令给I2C接口，再配合系数寄存器，完成滤波器系数的设置； 

(22)视频处理装置，通过I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线发送命令给I2C接口，配合系数寄存器，完成图像数据采集帧速率、图像解析度参数的设置； 

(23)字符叠加器，对其字符尺寸、字符在图像上的位置参数进行设定； 

(24)音视频压缩卡，对其压缩参数进行设定； 

所述步骤(21)、步骤(22)、步骤(23)与步骤(24)之间无先后顺序。 

所述步骤(3)其具体包括如下步骤： 

(31)音视频处理装置，对音频数据输入信号线的音视频数据进行分析，将分析结果发送给DSP数字音频处理器，所述DSP数字音频处理器根据分析结果，发送命令给实现音量的调节的音量调节功能模块，再将音量调节结果发送给数据通路； 

音频采集装置采集的音频数据信息，通过串行音频接口，转交给设有均衡器、滤波器的数据通路处理后，再分别经左声道音频数据输出端口、右声 道音频数据输出端口发送给字符叠加器； 

(32)视频处理装置，视频采集装置将采集的视频数据通过视频输入端口发送给HDMI视频解码器进行处理，将处理后的视频数据信息转发给HDMI视频矩阵处理器进行处理，将处理后的视频数据信息转发给HDMI视频编码器进行处理，最后经视频输出端口发送给字符叠加处理器； 

所述步骤(31)、步骤(32)之间无先后顺序。 

本发明的音频处理装置具有具有标准的串行音频输入接口，支持多种音频输入格式，具有音效均衡、音量调节、动态范围控制、直流滤波、去加重等功能，系统具有自动频率检测功能，能够自动检测输入音频信号的采样频率并自动加载相应频段的滤波器系数。本发明的音频处理装置、视频处理装置可以通过I2C接口配置内部的控制寄存器及滤波器系数，使得用户可以根据具体的使用环境设置合适的参数，来得到最佳的视觉与听觉效果。 

本发明的视频处理装置也可以根据客户的需要对图像数据采集帧速率、图像解析度参数的实时设置。 

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步说明。 

附图说明

图1为本发明的整体结构框架图； 

图2为图1中的音频处理装置的结构框架图； 

图3为图1中的视频处理装置的结构框架图； 

图4为图1中的音视频压缩卡的压缩流程图； 

图5为图1中音视频解压缩装置的解压缩流程图； 

其中： 

1.串行音频数据输入信号线      2.串行时钟信号线 

3.I2C时钟输入信号线           4.I2C数据输入信号线 

5.视频数据输入线 

具体实施方式

参见图1～图3，本发明提供了一种大型场馆专业级网络化音视频处理设备，其包括依次连接的一音频处理装置、一字符叠加处理器、一数字/模拟转 换器、一音视频时钟同步电路、一音视频压缩卡、一音视频备份装置；其还包括一视频处理装置、一通讯单元，所述视频处理装置与字符叠加处理器连接；所述通讯单元与音视频压缩卡连接。 

其还包括一音频采集装置以及一视频采集装置，所述音频采集装置与音频处理装置连接，所述视频采集装置与视频处理装置连接。 

所述音频处理装置，其包括一DSP数字音频处理器、一串行音频接口、一I2C接口、一数据通路、一系数寄存器、一控制寄存器、一自动频率检测与滤波器系数选择功能模块、一音量调节功能模块、一左声道音频数据输出端口以及一右声道音频数据输出端口； 

所述DSP数字音频处理器分别与控制寄存器、系数寄存器、数据通路连接； 

所述串行音频接口分别与串行音频数据输入信号线、串行时钟信号线、数据通路、控制寄存器连接； 

所述自动频率检测与滤波器系数选择功能模块分别与串行音频数据输入信号线、串行时钟信号线、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述I2C接口分别与I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述音量调节功能模块分别与控制器寄存器、数据通路连接； 

所述数据通路分别与左声道音频数据输出端口、右声道音频数据输出端口连接； 

所述左声道音频数据输出端口、右声道音频数据输出端口分别与字符叠加器连接。 

所述视频处理装置，其包括一HDMI视频矩阵处理器、一HDMI视频解码器、一I2C接口、一系数寄存器、一控制寄存器、一HDMI视频编码器、一视频输入端口以及一视频输出端口； 

所述HDMI视频矩阵处理器分别与HDMI视频解码器、HDMI视频编码器、系数寄存器、控制寄存器连接； 

所述I2C接口分别与I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线、系数 寄存器、控制寄存器连接； 

所述视频输入端口分别与视频数据输入线、HDMI视频解码器连接、控制寄存器； 

所述HDMI视频编码器与视频输出端口连接； 

所述视频输出端口与字符叠加器连接。 

所述音视频时钟同步电路，其采用芯片MK2745完成视频与音频的同步。 

所述通讯单元，其包括一与以太网接口模块连接的RJ45接口以及一Wi-Fi模块连接的天线，所述音视频压缩卡分别与以太网接口模块、Wi-Fi模块连接。 

所述音视频备份装置，其为一刻录机，所述刻录机内置有一音视频录像功能模块以及一数据存储硬盘。 

一种利用上述的大型场馆专业级网络化音视频处理设备的处理音视频数据的处理方法，其包括如下步骤： 

(1)设置一大型场馆专业级网络化音视频处理设备，打开电源，使其处于工作状态； 

(2)大型场馆专业级网络化音视频处理设备的初始化； 

(3)音频处理装置接收并对音频采集装置采集的音频数据进行处理； 

视频处理装置接收并对视频采集装置采集的视频数据进行处理； 

(4)经步骤(3)处理后数据信息的发送字符叠加器，将需要叠加的字体的位置、字符在图像上的区域信息、配色方案、输出格式传送给字符叠加接口函数进行处理，再将处理结果交互给数字/模拟转换器，转换为数字信号； 

(5)将步骤(4)的数字信号，转发给音视频时钟同步电路进行处理，将处理后的数据信息转发给音视频压缩卡；首先，将收到的数据信息划分为多块，每块划分为一大小为8*8的音视频数据构成的视频序列，所述音视频压缩卡采用DCT基编码器对收到的数据信息进行压缩，所述DCT基编码器包括一DCT变化器、一量化器以及一熵编码器，其中，DCT变化器采用的DCT变化函数为： 

$F(u,v)=\frac{1}{4}C\left(u\right)C\left(v\right)\left[\underset{i=0}{\overset{7}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{7}{\Sigma }}f(i,j)\cos \frac{(2i+1)\mathrm{u\pi }}{16}\cos \frac{(2j+1)\mathrm{v\pi }}{16}\right]$

其中：当u、v＝0时；否则，C(u)，C(v)＝1； 

f(i，j)为为8*8的音视频数据构成的视频序列中，当前处理的音视频数据，其中，i，j为当前处理的音视频数据在8*8的视频序列中的空间位置； 

(6)将步骤(5)处理后的数据信息分别转发给音视频备份装置、通讯单元，所述音视频备份装置对音视频数据进行备份， 

设置一音视频解压缩装置以及一播放装置，所述通讯单元将音视频数据发送给音视频解压缩装置，再传送给播放装置进行实时播放； 

所述音视频解压缩装置，采用DCT基解码器对收到的数据信息进行解压缩，所述DCT基编码器包括一熵解码器、一反量化器以及一DCT逆变化器，其中，DCT逆变化器采用的DCT逆变化函数为： 

$f(i,j)=\frac{1}{4}C\left(u\right)C\left(v\right)\left[\underset{u=0}{\overset{7}{\Sigma }}\underset{v=0}{\overset{7}{\Sigma }}F(u,v)\cos \frac{(2i+1)\mathrm{u\pi }}{16}\cos \frac{(2j+1)\mathrm{v\pi }}{16}\right]$

其中：当u、v＝0时，否则，C(u)，C(v)＝1。 

所述步骤(2)其具体包括如下步骤： 

(21)音频处理装置的自动频率检测与滤波器系数选择功能模块，对音频数据输入信号线的音视频数据进行分析；再发送命令给DSP数字音频处理器，通过I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线发送命令给I2C接口，再配合系数寄存器，完成滤波器系数的设置； 

(22)视频处理装置，通过I2C时钟输入信号线、I2C数据输入信号线发送命令给I2C接口，配合系数寄存器，完成图像数据采集帧速率、图像解析度参数的设置； 

(23)字符叠加器，对其字符尺寸、字符在图像上的位置参数进行设定； 

(24)音视频压缩卡，对其压缩参数进行设定； 

所述步骤(21)、步骤(22)、步骤(23)与步骤(24)之间无先后顺序。 

所述步骤(3)其具体包括如下步骤： 

(31)音视频处理装置，对音频数据输入信号线的音视频数据进行分析， 将分析结果发送给DSP数字音频处理器，所述DSP数字音频处理器根据分析结果，发送命令给实现音量的调节的音量调节功能模块，再将音量调节结果发送给数据通路； 

音频采集装置采集的音频数据信息，通过串行音频接口，转交给设有均衡器、滤波器的数据通路处理后，再分别经左声道音频数据输出端口、右声道音频数据输出端口发送给字符叠加器； 

(32)视频处理装置，视频采集装置将采集的视频数据通过视频输入端口发送给HDMI视频解码器进行处理，将处理后的视频数据信息转发给HDMI视频矩阵处理器进行处理，将处理后的视频数据信息转发给HDMI视频编码器进行处理，最后经视频输出端口发送给字符叠加处理器； 

所述步骤(31)、步骤(32)之间无先后顺序。 

本发明的音频处理装置具有具有标准的串行音频输入接口，支持多种音频输入格式，具有音效均衡、音量调节、动态范围控制、直流滤波、去加重等功能，系统具有自动频率检测功能，能够自动检测输入音频信号的采样频率并自动加载相应频段的滤波器系数。本发明的音频处理装置、视频处理装置可以通过I2C接口配置内部的控制寄存器及滤波器系数，使得用户可以根据具体的使用环境设置合适的参数，来得到最佳的视觉与听觉效果。 

本发明的视频处理装置也可以根据客户的需要对图像数据采集帧速率、图像解析度参数的实时设置。 

本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似方法及系统结构来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。