一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備及其系統的製作方法
2023-05-23 01:39:16
專利名稱：一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及視音頻信號傳輸技術領域，尤其是涉及一種綜合高、標清視音頻多媒體信號在光纖和同軸電纜上傳輸和轉換的設備及其系統。
背景技術：
近幾年數字視音頻系統和高清數位電視系統發展很快，逐步開始普及。市場上既有大量的標清系統在使用，又不斷湧現出各種不同制式的高清數字系統。這個模擬系統和數字系統並存、標清系統和高清系統並存的市場格局，對視音頻傳輸系統提出了新的要求。原有的傳輸設備基本上僅僅支持標清視音頻的傳輸，而新的傳輸設備雖然有些可以支持高清數字接口，但是接口類型單一，功能有限，使用不夠靈活。為了適應當前市場視音頻信號多種制式多種接口並存的情況，有必要開發一種綜合的高、標清視音頻多媒體信號傳輸和轉換系統。
發明內容
本發明為解決上述技術問題，在於提供一種綜合高、標清視音頻多媒體信號在光纖和同軸電纜上傳輸和轉換的設備及其系統。本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備，其特徵在於，該設備包括:—信號輸入端，該信號輸入端用於接收多媒體信號；一主處理器，所述主處理器負責對來自所述信號輸入端的多媒體信號進行轉換處理；一信號輸出端，該信號輸出端用於對所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行識別輸出；一寄存器，所述寄存器主要用於對所述信號輸入端接收的多媒體信號和所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行儲存。所述信號輸入端包括SDI光信號輸入接口、SDI電信號輸入接口、模擬視頻信號輸入接口和網管信號輸入接口。所述信號輸出端包括SDI光信號輸出接口、SDI電信號輸出接口和模擬視頻信號輸出接口。一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於，包括:用於接收多媒體信號的信號輸入模塊；與所述信號輸入模塊通信相連，並負責轉換處理來自所述信號輸入模塊多媒體信號的主處理器模塊；與所述主處理器模塊通信相連，並用於對所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行輸出的信號輸出模塊；以及與所述主處理器模塊通信相連，用於對所述信號輸入模塊接收的和所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行儲存的寄存器模塊。
所述主處理器模塊包括，SDI接收模塊、音頻輸入模塊、視頻解碼器輸入模塊、HDMI 接收模塊、輔助數據輸入模塊、測試圖形生成模塊、資料庫路徑模塊、SDI發送模塊、音頻輸 出模塊、視頻編碼器輸出模塊、HDMI發送模塊、輔助數據輸出模塊。
所述SDI接收模塊，用以實現將LVDS視頻信號的5比特串行數據轉換為20比特 並行數據，包括以下步驟，
a.根據SDI的擾碼生成多項式G2 (x) = x+1和Gl (x) = x9+x4+l進行將所述視頻 信號解擾；
b.搜索串行數據中的TRS，將串行數據流轉換為20比特寬的並行數據流；
c.檢測SDI的速率、解析度；
d.CRC 和 EDH 檢測；
e.輔助數據解嵌；
f.音頻解嵌。
所述音頻輸入模塊，用以接收音頻的I2S或AES格式的數據並轉換為AES格式數 據流。
所述視頻解碼器輸入模塊，用以將外部輸入的視頻信號轉換為20比特的視頻信 號數據流。
所述HDMI接收模塊，用以對HDMI數據進行時鐘域的轉換，同步到系統時鐘域上， 然後再根據輸入的場同步、垂直同步和水平同步，對數據流進行重新封裝，更改TRS，換為 20比特寬的並行數據流。
所述測試圖形生成模塊，用以產生常用的簡單測試信號和頻率的數字正弦波音 頻，頻率預設1kHz，供測試音頻功能使用。
所述數據路徑模塊，實現對各個視頻源和音頻源進行路由切換的功能，可以把一 路輸入切換到一路或多路輸出上。輸出的視頻部分通過20比特的格式輸出，音頻部分通過 AES格式輸出，輔助數據則通過單比特串行模式輸出。
所述SDI發送模塊，用以實現將20比特並行數據轉換為LVDS視頻信號的5比特 串行數據，包括以下步驟，
a.計算並插入TRS ；
b.對於高清信號(HD和3G)計算CRC並插入視頻流，對於標清信號(SD)計算CRC， 封裝成EDH包並插入視頻流；
c.音頻ACP的生成和嵌入和音頻ADP的生成和嵌入；
d.輔助數據封裝為輔助數據包，插入視頻流；
e.20bit到5bit的串行化變換；
f.根據擾碼生成多項式gl (X) = x9+x4+l和g2 (X) = x+1進行擾碼。
所述音頻輸出模塊，用以AES格式的音頻數據轉換為的I2S或AES格式的音頻數 據輸出。
所述視頻編碼器輸出模塊，把內部20比特的數據轉換為視頻編碼數模轉換器芯 片可以接受的格式輸出，根據數據流，提供對應的場同步、垂直同步和水平同步。
所述HDMI發送模塊，據轉換為CEA格式的數據，生成對應的場同步、垂直同步、水平同步和時鐘域，送給外部HDMI發送信號。本發明的有益效果是，能夠實現各種視頻模式之間相互轉換，方便快捷。
圖1為本發明:一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備的結構示意圖；圖2為本發明:一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。參照圖1-圖2所示，一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備，其特徵在於，該設備包括:—信號輸入端，該信號輸入端用於接收多媒體信號；一主處理器，所述主處理器負責對來自所述信號輸入端的多媒體信號進行轉換處理；一信號輸出端，該信號輸出端用於對所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行識別輸出；一寄存器，所述寄存器主要用於對所述信號輸入端接收的多媒體信號和所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行儲存。所述信號輸入端包括SDI光信號輸入接口、SDI電信號輸入接口、模擬視頻信號輸入接口和網管信號輸入接口。所述信號輸出端包括SDI光信號輸出接口、SDI電信號輸出接口和模擬視頻信號輸出接口。一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於，包括:用於接收多媒體信號的信號輸入模塊；與所述信號輸入模塊通信相連，並負責轉換處理來自所述信號輸入模塊多媒體信號的主處理器模塊；與所述主處理器模塊通信相連，並用於對所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行輸出的信號輸出模塊；以及與所述主處理器模塊通信相連，用於對所述信號輸入模塊接收的和所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行儲存的寄存器模塊。所述主處理器模塊包括，SDI接收模塊、音頻輸入模塊、視頻解碼器輸入模塊、HDMI接收模塊、輔助數據輸入模塊、測試圖形生成模塊、資料庫路徑模塊、SDI發送模塊、音頻輸出模塊、視頻編碼器輸出模塊、HDMI發送模塊、輔助數據輸出模塊。SDI_RX: (SDI 接收模塊)從SDI接口晶片接收LVDS視頻信號，該信號為5_bit串行數據。該模塊完成以下功能，(I)根據SDI的擾碼生成多項式G2(x) = x+1和Gl (x) = x9+x4+l進行解擾。(2)搜索串行數據中的TRS (Timing Reference Signal),即數據流裡面的EAV、SAV的前三個字十六進位的3FF、000、000，這3個字節的圖形不會在正常的視頻數據中出現，只 會出現於TRS中，所以可以判斷出數據流中字的邊界。根據判斷出的邊界，把串行數據流通 過串並變化，轉換為20比特寬的並行數據流，對應的時鐘也相應降低，以便後續對數據流 進行處理。
(3)檢測輸入SDI的速率、解析度。檢測速率的方法是用本地固定頻率的時鐘設置 一個計數周期，該周期為固定時間長度，在這個周期內去計數輸入視頻的時鐘脈衝數，根據 該脈衝數和本地計數周期的比例，可以換算出輸入的時鐘頻率，從而推算出輸入的速率。本 系統準確檢測出下列速率:270MHz, 1.485GHz, 1.485/1.001GHz，2.97GHz，2.97/1.00IGHz0 檢測時間幾微秒即可，檢測時間越長，精度越高。檢測解析度則根據TRS中的FVH標誌的 變化情況，計算一場中有多少行，一行的長度有多少像素，是隔行掃描系統還是逐行掃描系 統，從而可以準確判斷出具體的視頻格式。
(4)CRC和EDH檢測。對於高清視頻格式，每一行都內嵌有CRC計算，本地對接收的 視頻數據進行CRC計算，和接收到的CRC值進行比較，如果相同則沒有CRC錯誤，如果不同 則有CRC錯誤，固件程序對此錯誤進行累計，並存入寄存器，網管可以讀取該數值。對於標 清視頻格式，使用EDH數據包的方式傳送CRC。同樣，首先搜索到EDH並解析出CRC，再和本 地計算出的CRC進行比較，有錯誤則寄存器累加。寄存器在網管控制下可以清零重新開始。
(5)輔助數據的解嵌。其中包括用戶定義的數據，例如網管遠程信息、雲臺鏡頭控 制信息、環境變量信息等數據，這些數據通過輔助數據包進行傳輸。
(6)音頻的解嵌。通過搜索和解析音頻的ACP和ADP，判斷SDI中的音頻的通道數 量、音頻採樣率和位深。通過搜索和解析ADP，把其中的音頻數據解出來，並通過FIFO去除 抖動，恢復成連續均勻的輸出碼率。該模塊可以檢測到所有16個音頻通道的嵌入狀態，並 解嵌所有音頻通道。根據實際需要和FPGA的資源狀況，可以通過設置模塊的參數來控制實 際解出的音頻通道數量。
AUD10_IN:(音頻輸入模塊)
接收音頻的I2S或AES格式的數據，其通道數量可以通過參數進行設置為1_8路。 如果輸入的是I2S，內部根據AES3-2003標準封裝為AES格式。在該系統中I2S為模擬音 頻轉數字的ADC晶片的輸出，和HDMI接收器從HDMI數據流裡解析出來的音頻數據流。AES 接口為外部AES輸入信號經過接收器進行電平轉換和信號整形之後的數據流。
VDEC_IN:(視頻解碼器輸入模塊)
模擬視頻解碼器把外部輸入的視頻信號轉換為數字格式的視頻信號，輸入到FPGA 晶片。FPGA在進行時鐘域變換，把接收的數據變到內部系統時鐘域上，以便後續高速處理。
HDMI_RX: (HDMI 接收模塊)
從HDMI接收器過來的數據，採用的是CEA的標準。這與內部的SMPTE標準的場 行定時標準不同。首先對HDMI數據進行時鐘域的轉換，同步到系統時鐘域上，然後再根據 輸入的場同步、垂直同步和水平同步，對數據流進行重新封裝，更改TRS，使之符合SMPTE標 準。
Aux_data_in:(輔助數據輸入模塊)
這裡僅僅提供一個UART_RX接口，對外部輸入信號進行高速過採樣，這樣可以實 現外部輸入數據的透明傳輸，而不用去考慮數據的具體速率、校驗位、停止位和數據位長度。過採樣速率一般在2MHz以上，可以實現115200kbps以上的UART無誤傳輸。Tpg:(測試圖形生成模塊)測試圖形生成模塊(test pattern generator),產生常用的簡單測試信號,如黑場信號、白場信號、漸變信號、彩條信號。另外還產生可以設置頻率的數字正弦波音頻，頻率預設1kHz，供測試音頻功能使用。以上模塊的視頻部分通過20比特的YC標準格式輸入到數據路徑模塊，而音頻部分通過AES格式輸入到數據路徑模塊。輔助數據則是串行模式輸入數據路徑模塊。Datapath:(數據路徑模塊)實現對各個視頻源和音頻源進行路由切換的功能。可以把一路輸入切換到一路或多路輸出上。輸出的視頻部分通過20比特的YC標準格式輸出，音頻部分通過AES格式輸出，輔助數據則通過單比特串行模式輸出。這部分還負責視音頻處理模塊和寄存器控制接口的通信，這是通過內部數據總線實現的。SDI_TX: (SDI 發送模塊)該模塊完成以下功能，並最終輸出5比特串行的LVDS視頻信號(根據配置，可能內嵌音頻)。(I)重新計算並插入TRS。這一步主要考慮到輸入視頻中會出現不正確的TRS，這種情況一般出現在輸入數據不穩定或丟失的情況下，所以重新生成TRS會使得後續設備穩定地工作於同步狀態下。(2)對於高清信號(HD和3G)計算CRC並插入視頻流。(3)對於標清信號(SD)計算CRC，封裝成EDH包，並插入視頻流。(4)音頻ACP的生成和嵌入。(5)音頻ADP的生成和嵌入。(6)輔助數據封裝為輔助數據包，插入視頻流。(7) 20bit到5bit的串行化變換。(8)根據擾碼生成多項式gl (X) = x9+x4+l和g2 (x) = x+1進行擾碼。Audio_out:(音頻輸出模塊)對於外部I2S接口，把內部AES數據流轉換為均勻連續的I2S輸出。對於外部AES數據則直接輸出數據。在本系統中接受I2S音頻數據流的晶片有HDMI發送器晶片和數字到模擬轉換的DAC音頻晶片，接收AES音頻數據流的晶片為AES數字音頻驅動器。Venc_out:(視頻編碼器輸出模塊)把內部20比特的YC數據轉換為視頻編碼數模轉換器晶片可以接受的格式輸出，根據數據流，提供對應的Field, Hsync, Vsync和Clock信號。HDMI_TX: (HDMI 發送模塊)這裡首先要把內部20比特的YC數據轉換為CEA格式的數據，生成對應的Field，Hsync, Vsync, DE (data enable)和 Clock,送給外部 HDMI 發送信號。Aux_out:(輔助數據輸出)把DATAPATH從SDI數據流中或者輔助數據輸入模塊中選擇出來的高速過採樣的輔助數據，通過UART_TX發送給外部UART驅動器，如RS232，RS485或RS422晶片。另外還生成一個UART_DE信號，用來自動控制RS485這種半雙工晶片的收發方向。UART_DE的生成是簡單對數據流進行反向即可。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備，其特徵在於，該設備包括:一信號輸入端，該信號輸入端用於接收多媒體信號；一主處理器，所述主處理器負責對來自所述信號輸入端的多媒體信號進行轉換處理；一信號輸出端，該信號輸出端用於對所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行識別輸出；一寄存器，所述寄存器主要用於對所述信號輸入端接收的多媒體信號和所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行儲存。
2.根據權利要求1所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備，其特徵在於，所述信號輸入端還包括SDI光信號輸入接口、SDI電信號輸入接口、模擬視頻信號輸入接口和網管信號輸入接口。
3.根據權利要求1所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備，其特徵在於，所述信號輸出端還包括SDI光信號輸出接口、SDI電信號輸出接口和模擬視頻信號輸出接口。
4.一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於，該系統包括:用於接收多媒體信號的信號輸入模塊；與所述信號輸入模塊通信相連，並負責轉換處理來自所述信號輸入模塊多媒體信號的主處理器模塊；與所述主處理器模塊通信相連，並用於對所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行輸出的信號輸出模塊；以及與所述主處理器模塊通信相連，用於對所述信號輸入模塊接收的和所述主處理器模塊轉換處理後的多媒體信號進行儲存的寄存器模塊；其中，所述主處理器模塊還包括:SDI接收模塊、音頻輸入模塊、視頻解碼器輸入模塊、 HDMI接收模塊、輔助數據輸入模塊、測試圖形生成模塊、資料庫路徑模塊、SDI發送模塊、音頻輸出模塊、視頻編碼器輸出模塊、HDMI發送模塊、輔助數據輸出模塊。
5.根據權利要求4所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於:所述SDI 接收模塊，主要是用以實現將LVDS視頻信號的5比特串行數據轉換為20比特並行數據，該轉換過程包括以下步驟，步驟A、所述視頻信號根據SDI擾碼生成的多項式進行解擾；步驟B、搜索上述串行數據中的TRS，並將上述串行數據流轉換為20比特寬的並行數據流；步驟C、檢測SDI的速率和解析度；步驟D、CRC和EDH檢測；步驟E、對輔助數據進行音頻解嵌。
6.根據權利要求4所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於:所述音頻輸入模塊，用以接收音頻的I2S或AES格式的數據並轉換為AE S格式數據流；所述視頻解碼器輸入模塊，用以將外部輸入的視頻信號轉換為20比特的視頻信號數據流；所述HDMI接收模塊，用以對HDMI數據進行時鐘域的轉換，同步到系統時鐘域上，然後再根據輸入的場同步、垂直同步和水平同步，並對數據流進行重新封裝，更改TRS，換為20 比特寬的並行數據流；所述測試圖形生成模塊，用以產生常用的簡單測試信號和頻率的數字正弦波音頻，頻率預設IkHz，供測試音頻功能使用。
7.根據權利要求4所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統,其特徵在於，所述SDI 發送模塊，用以實現將20比特並行數據轉換為LVDS視頻信號的5比特串行數據，包括以下步驟，a.計算並插入TRS；b.對於高清信號計算CRC並插入視頻流，對於標清信號計算CRC，封裝成EDH包並插入視頻流；c.音頻ACP和音頻ADP生成並嵌入視頻流內；d.輔助數據封裝為輔助數據包，插入視頻流；e.20bit到5bit的串行化變換；f.根據擾碼生成的多項式進行擾碼。
8.根據權利要求4所述的一種多媒體信號的傳輸和轉換的系統，其特徵在於:所述音頻輸出模塊，用以AES格式的音頻數據轉換為的I2S或AES格式的音頻數據輸出；所述視頻編碼器輸出模塊 ，把內部20比特的數據轉換為視頻編碼數模轉換器晶片可以接受的格式輸出，根據數據流，提供對應的場同步、垂直同步和水平同步；所述HDMI發送模塊，據轉換為CEA格式的數據，生成對應的場同步、垂直同步、水平同步和時鐘域，送給外部HDMI發送信號。
全文摘要
一種多媒體信號的傳輸和轉換的設備及其系統屬於視音頻信號傳輸技術領域，其特徵在於，該設備包括一信號輸入端，該信號輸入端用於接收多媒體信號；一主處理器，所述主處理器負責對來自所述信號輸入端的多媒體信號進行轉換處理；一信號輸出端，該信號輸出端用於對所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行識別輸出；一寄存器，所述寄存器主要用於對所述信號輸入端接收的多媒體信號和所述主處理器轉換處理後的多媒體信號進行儲存。有益效果是能夠實現各種視頻模式之間相互轉換，方便快捷。
文檔編號H04N7/24GK103139553SQ20111038769
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者謝晨晨, 章俊, 賈成志 申請人:上海全維光纖網絡系統有限公司