本发明涉及通信技术和广播电视，具体涉及一种8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置及转换方法。
背景技术：
1、在超高清不断发展的技术背景下，广电制播过程中各环节对于信号的上下变换需求将不断增加。信号格式上下变换过程中，除分辨率外，还有帧率、色域、动态范围、采样率、位深、音频等关键技术指标。目前，国外ip域格式转换设备主要有日本astro公司的8kcross converter(sc-8229)、8k120hz converter((sc-8221))、8k u-sdi to 12g-sdiconverter(sc-8221)，日本sony公司的hdrc-4000，美国gv公司的kudospro、uhd1200，澳大利亚blackmagic design公司的teranex av，美国ajainternational公司的fs4，for-a公司的mcc-4k-a等产品。
2、国内超高清电视产业处于起步阶段，高质量超高清电视信号变换处理的核心技术和产品仍处在被国际传统广电设备提供商垄断的局面，目前北京格非公司有4k超高清ip信号处理器，可以实现高清和4k信号的相互转换，8k超高清领域的原生ip域格式转换设备还处于空白。
3、在超高清制作领域，国内有些节目制作、包装厂家采用基于服务器实现8k超高清信号格式的转换，实现流程为：借助进口超高清接口卡，安装在服务器pcie插槽，实现信号输入输出；借助cpg+gpu，开启多线程，完成8k高速信号转换。
4、上述方案的缺点为：
5、1、服务器处理速度不能满足信号实时处理需求，不能直接连入制播传输网；
6、2、实现上述功能的服务器成本较高，不适合多通道部署。
7、为了满足关键设备国产化的需求，填补国内该领域的空白，摆脱依赖进口设备的局面，亟需研发一种8k信号/4k格式无压缩数字信号相互转换的设备。
技术实现思路
1、鉴于目前服务器方案不足以及在嵌入式fgpa平台上解决方案的空白，本发明提供一种8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置及转换方法，其基于嵌入式平台实现8k信号/4k格式无压缩数字信号相互转换。
2、本发明公开了一种8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置，其特征在于，
3、包括：互联的信号处理模块、信号控制模块和电源模块，信号处理模块的fpga完成ip信号数据封包和解封包以及信号转换处理，信号控制模块的arm完成与上层软件通讯以及工作参数配置；其中，
4、所述信号处理模块包括两个100g光纤网络接口、网络协议解包模块和网络协议封包模块、st2110协议解包模块和st2110协议封包模块、ptp时钟模块、hbm存储器、信号上下变换处理模块和配置接口；所述网络协议解包模块和网络协议封包模块均与所述100g光纤网络接口、st2110协议解包模块和st2110协议封包模块、ptp时钟模块相连，所述st2110协议解包模块和st2110协议封包模块与所述hbm存储器相连，所述hbm存储器与信号上下变换处理模块相连，所述信号处理模块的fpga通过配置接口与信号控制模块的arm相连；
5、所述信号控制模块包括依次连接的接口、协议栈和客户端web配置页面。
6、作为本发明的进一步改进，所述100g光纤网络接口为qsfp28光纤接口。
7、本发明还公开了一种基于上述8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换方法，包括：
8、外部核心交换机将8k/4k ip信号经100g光纤网络接口输送至信号处理模块；在信号处理模块内先经过网络协议解包模块进行网络协议解复用，而后送入st2110协议解包模块，基于ptp时钟模块解包后的视频、音频、辅助数据被缓存在hbm存储器中；
9、将hbm存储器中的视频、音频、辅助数据提取到信号上下变换处理模块，按照信号控制模块提供的用户配置需求完成信号上下变换，转换后的数据送入hbm存储器中；其中，信号上下变换包括：信号帧同步，8k/4k图像分辨率转换，8k/4k视频亮度曲线、wcg色域转换，8k/4k信号帧频转换；
10、将hbm存储器中转换后的数据送入st2110协议封包模块，基于ptp时钟模块完成无压缩st2110协议ip数据封包，而后将封包后的数据送入网络协议封包模块进行网络复用，最后经100g光纤网络接口将处理好的ip流送回外部核心交换机；
11、信号控制模块通过协议栈提供该装置对外接口通讯协议，提供客户端web配置界面供用户修改工作参数、查看工作状态。
12、作为本发明的进一步改进，在所述hbm存储器中，采用一种扩展片上缓存读写带宽的方法实现超高带宽数据的写入和读出，具体包括：
13、在控制访问时，基于信号处理模块的fpga时钟产生一个对hbm的时序控制信号；
14、对axi-port进行赋值，每个axi-port下对应的地址通道和hbm通道有相应的地址，以构建出一个包含m个axi-port存储矩阵；
15、在数据写入时，将数据均分从m个axi-port写入该存储矩阵；需要读出时同时从多个axi-port读出。
16、作为本发明的进一步改进，通过axi-port在向hbm写入数据时，采用地址位相同、数据位不同的处理机制的新地址算法，新地址由颗粒id和颗粒存取地址组成，算法控制数据向新地址写入和读出。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
18、本发明采用嵌入式fpga+arm架构，信号处理模块的fpga完成ip信号数据封包和解封包以及信号转换处理；信号控制模块的arm完成与上层软件通讯以及工作参数配置；具备整机体积小(可以集成在1ru机架式机箱或者半宽1ru机箱内，以节约机架空间)、功耗小、便携、性价比高的特点；
19、本发明基于高性能、多功能fpga高速集成处理芯片，单体设备支持2路8k信号实时转换，两路可以完成不同方向(8k到4k或者4k到8k)的转换，同时自动兼容3g/1.5g格式信号，在较小空间内提高信号转换密度以及效率；
20、本发明利用hbm颗粒地址位相同的特性，通过axi端口在向hbm写入数据时，采用地址位相同数据位不同的处理机制，利用一种新地址组合算法，新地址包含hbm颗粒id和hbm颗粒存取地址，新算法控制超高带宽数据写入和读出，实现读、写带宽则扩展；满足单体设备对高分率画面不可分割的超高带宽、高速信号实现实时、多种处理的需求；基于这种应用方案实现了单体嵌入式设备提供多种信号转换处理；
21、本发明的硬件架构、功能设计在国内、国际处于领跑地位，填补国内技术以及设备层面的空白。
1.一种8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置，其特征在于，包括：互联的信号处理模块、信号控制模块和电源模块，信号处理模块的fpga完成ip信号数据封包和解封包以及信号转换处理，信号控制模块的arm完成与上层软件通讯以及工作参数配置；其中，
2.如权利要求1所述的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置，其特征在于，所述100g光纤网络接口为qsfp28光纤接口。
3.一种基于权利要求1或2所述的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换装置的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换方法，其特征在于，在所述hbm存储器中，采用一种扩展片上缓存读写带宽的方法实现超高带宽数据的写入和读出，具体包括：
5.如权利要求4所述的8k/4k超高清原生ip媒体信号格式转换方法，其特征在于，通过axi-port在向hbm写入数据时，采用地址位相同、数据位不同的处理机制的新地址算法，新地址由颗粒id和颗粒存取地址组成，算法控制数据向新地址写入和读出。
