3g-sdi高清數字視音頻延時系統的製作方法

2023-09-20 08:32:35 1

專利名稱：3g-sdi高清數字視音頻延時系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於視音頻播控領域，具體涉及一種3G-SDI(3Gbps傳輸速率的串行數字 信號)高清數字視音頻信號延時系統。
背景技術：
目前，在我國廣播電視領域，安全播出不僅僅是一個技術問題，既要防範由於技術 原因造成的信號中斷和故障，又要防範非法信號對我們的攻擊。而且隨著視頻傳輸技術的 發展，數字視音頻信號的應用更加普遍，延時器產品也要同時保障數字視音頻信號的安全 播出。對於現場直播的節目，可以通過數字、模擬視音頻延時器對直播的節目進行一段時間 的延時播出， 一旦出現突發事件，可以迅速切換到其他畫面，保證電視節目的安全播出。

發明內容
本發明提供了一種3G-SDI高清數字視音頻延時系統，該系統可以對3Gbps高清數 字視音頻信號進行延時處理，並且支持HD(高清晰度)數字視頻信號和SD(標準清晰度) 數字視頻信號的延時處理，而且整個系統在一臺機器上面完成，降低了故障發生的概率，也 避免了大量的硬體投入，為工作環境節省空間，同時又降低了成本。
為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下 3G-SDI高清數字視音頻延時系統，由解析模塊、數據處理模塊、存儲模塊和編碼模 塊構成，包括如下步驟 1)同軸電纜輸入的串行視頻信號進入系統後，由解析模塊對其進行均衡處理，然
後將均衡後的串行視頻信號串並轉換為並行視頻信號，並對此信號進行解嵌處理，解嵌出
視頻信號中的數字音頻信號，與並行視頻信號一同傳輸至數據處理模塊； 2)數據處理模塊對並行視頻信號和數字音頻信號進行採集，根據採集的數據，計
算出信號制式、信號格式、信號刷新率等參數； 3)信號的存儲，對數據處理模塊進行編輯，在數據處理模塊內部設定四個 FIFO(First Input First Output，先入先出)緩存器視頻入端緩存器、音頻入端緩存器、 視頻出端緩存器和音頻出端緩存器，將並行視頻信號和數字音頻信號分別存入其中兩個入 端FIFO緩存器中，然後通過位寬轉換處理，轉換為多位並行數據，並存入存儲模塊中；
4)信號的讀取，通過上述對信號參數的採集判斷，結合操作員對系統做出的延時 時間設定，在主控程序中分別計算出並行視頻信號和數字音頻信號的偏移量，按照各自地 址偏移分別從存儲模塊中讀取並行數據到FIFO緩存器，然後再經過位寬轉換，將並行視頻 信號和數字音頻信號輸出； 5)通過編碼模塊將從數據處理模塊中輸出的數字音頻信號嵌入到並行視頻信號， 然後對並行視頻信號進行並串轉換處理轉化為串行視頻信號，最後對該串行視頻信號進行 驅動並輸出。 本發明所述的3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其核心的存儲機制為使用高速存儲模塊，根據數據處理模塊中FIFO緩存器的緩存深度，使能存儲模塊的寫入邏輯和讀取 邏輯進而對視頻信號進行堆棧存儲和地址偏移讀取，達到信號延時的目的。本系統在數據 處理模塊中設有4個內部FIF0緩存器視頻入端緩存器、音頻入端緩存器、視頻出端緩存器 和音頻出端緩存器。在視頻播放的過程中，並行視頻信號數據流連續傳輸至視頻入端緩存 器，在視頻入端緩存器中進行堆棧處理，當堆棧達到預設的深度時由主控程序向存儲模塊 發送使能寫入邏輯命令，然後將堆棧內該預設深度大小的數據進行位寬轉換，存入存儲模 塊中。在讀取信號的過程中，數據處理模塊根據預先檢測並行視頻信號的制式和格式，存儲 模塊的內部邏輯時序，以及使用者對系統的延時時間設置，計算出需要的存儲模塊的偏移 數據量，得到存儲模塊中與讀取數據相應的地址，當視頻出端緩存器內的堆棧深度小於預 設標準時，由主控程序向內存中發送使能讀取邏輯命令，然後從存儲模塊指定的數據地址 讀取與存入時相同數據量的視頻數據，讀取到視頻出端緩存器堆棧中，再經過位寬轉換以 連續並行視頻信號持續送至主控程序。對於音頻的延時處理，其方式與視頻延時方式相同。 系統對延時的調節分為粗調延時和微調延時兩種調節方式，其中粗調延時是通過存儲模塊 的地址偏移來實現，而微調延時是通過調節FIFO緩存器的深度實現。 本發明的有益效果為使用外部高速存儲模塊，可以處理高達3Gbps傳輸速率的 全高清數字視頻信號的播控延時，並且向下兼容HD和SD信號格式的處理；可以支持多級存 儲模塊並列級聯使用，通過級聯存儲模塊從而增加存儲空間，增加延時時間；本系統對視音 頻部分進行分區並列處理，根據不同格式數據量的大小，準確劃分視音頻堆棧量，視音頻各 自獨立，並列處理，極大的消除視音頻之間的相互幹擾，提高存儲和讀取的精確度，增加整 個系統的可靠性；微調延時技術，根據存儲模塊的邏輯時序和數據處理模塊讀取端FIFO的 控制，可以精確計算出延時大小，最小可以精確調整到一個像素點，這樣可以精確消除內存 邏輯控制器內微小的頻率誤差；通過對延時的準確調整，本系統能夠將畫面與外部時鐘精 確對齊，實現視頻幀同步功能；可以支持在數據處理模塊中對音頻進行插入、擦除、靜音、混 合和調整處理等功能。


圖1是本發明3G-SDI高清數字視音頻延時系統的結構圖。 圖2是本發明3G-SDI高清數字視音頻延時系統中信號延時機制的處理策略示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明做詳細說明，但不局限於該實施例。
如圖1所示，本發明3G-SDI高清數字視頻延時系統包括解析模塊11、數據處理模 塊12、存儲模塊13和編碼模塊14四個部分，其中，解析模塊11、存儲模塊13和編碼模塊14 都與數據處理模塊12相連接，四個模塊的功能如下 解析模塊11用於將接收端的SDI視頻信號進行均衡處理；將均衡後的串行數字信 號進行串並轉換為並行視頻信號，並解嵌出數字音頻信號； 數據處理模塊12用於對整個延時系統進行數據操作處理，其中包括對信號的採 集，將信號進行存入的處理，以及對信號的運算解析和讀取處理等，本系統使用CycloneIII 系列FPGA，或者使用更高性能系列的FPGA ;
4
存儲模塊13被數據處理模塊12用於對數據進行存儲和讀取等操作處理，在本系 統內使用的是4G或8G容量DDR II內存，同時也可以使用DDR I、 DDRIII或者固態硬碟作 為存儲模塊； 編碼模塊14將對從數據處理模塊中輸出的並行視頻信號進行音頻嵌入處理和並
串轉化處理；對串行數位訊號進行驅動，將其信號幅度放大，以便可以長距離傳輸信號。 本發明3G-SDI高清數字視音頻延時系統具體實施方式
的存儲原理如下 在數據處理模塊中設定4個內部FIFO緩存器一視頻入端緩存器、音頻入端緩存
器、視頻出端緩存器和音頻出端緩存器，其中視頻有2個FIFO緩存器，音頻有2個FIFO緩
存器，分別對並行視頻信號和音頻數位訊號進行堆棧存儲和地址偏移讀取處理。 如圖2所示，以並行視頻信號為例，在視頻播放過程中，並行視頻信號不斷傳輸至
視頻入端緩存器21，經過位寬轉換存入堆棧區內，當數據處理模塊中的主控程序24監測到
其堆棧區到達預設的某深度時，向存儲模塊22發送使能信號存儲邏輯命令，根據存入邏輯
命令的調整，迅速將該預設堆棧深度內的信號數據存入到存儲模塊22中，然後等待下一次
的使能存儲邏輯命令。 在讀取存儲模塊22的過程中，由數據處理模塊的主控程序24通過預先判斷的信 號制式和格式以及使用人員設定的時間進行運算，計算出偏移數據量，然後向存儲模塊發 送使能信號讀取邏輯命令和偏移數據量以及相關數據。然後視頻出端緩存器23將接收到 由存儲模塊22偏移地址處迅速發送來的信號數據，存入到堆棧區內，其讀取信號數據總大
小與存儲信號數據大小相等，且等於預設堆棧深度內信號數據大小。最後由視頻出端緩存 器23對堆棧區的數據進行位寬轉換並以並行信號連續輸出，當堆棧區內數據不斷減少至 另一預設堆棧深度時，主控程序24將再次發送使能信號讀取邏輯命令，重複以上過程。
對於音頻的延時處理，其原理與視頻相同。 根據上述原理，本發明的3G-SDI高清數字視音頻延時系統通過使用外部高速存 儲模塊，可以處理高達3Gbps傳輸速率的全高清數字視頻信號的播控延時，並且向下兼容 HD和SD信號格式的延時處理。在處理過程中，由於視音頻各自獨立，極大的消除視音頻 之間的相互幹擾，提高存儲和讀取的精確度，增加整個系統的可靠性；不但可以通過單獨調 整音頻延時以保障視頻和音頻的同步播放，還可以額外對音頻信號進行音頻插入、擦除，靜 音，音頻混合、調整等處理。 本發明所述的3G-SDI高清數字視頻延時系統對延時的調節分為粗調延時和微調 延時兩種調節方式。其中粗調延時是通過存儲模塊的地址偏移來實現，根據存儲模塊容量 大小而決定，容量越大延時時間越長，而且該系統實現了存儲模塊中DDR系列內存的級聯 功能，可以通過增加內存數量拓展存儲模塊空間，增加延時時間。在本發明所述的實施例 中，通過以上所述的實施方式在3G高清數字視頻信號下可進行0-60秒延時；在HD數字視 頻信號下可進行0-120秒延時；在SD數字視頻信號下可進行0-360秒延時；通過級聯相同 存儲空間的內存條可以倍增延時時間。 本系統具有微調延時技術，根據存儲模塊的邏輯時序和數據處理模塊讀取端FIFO 的控制，可以精確計算出延時大小，最小可以精確調整到一個像素點，這樣可以精確消除內 存邏輯控制器內微小的頻率誤差；通過對延時的準確調整，本系統能夠將畫面與外部時鐘 精確對齊，實現視頻幀同步功能。
權利要求
3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其特徵在於，該系統由解析模塊、數據處理模塊、存儲模塊和編碼模塊構成，包括如下步驟1)同軸電纜輸入的串行視頻信號進入系統後，由解析模塊對其進行均衡處理，然後將均衡後的串行視頻信號串並轉換為並行視頻信號，並對此信號進行解嵌處理，解嵌出視頻信號中的數字音頻信號，與並行視頻信號一同傳輸至數據處理模塊；2)數據處理模塊對並行視頻信號和數字音頻信號進行採集，根據採集的數據，計算出信號制式、信號格式、信號刷新率等參數；3)信號的存儲，對數據處理模塊進行編輯，在數據處理模塊內部設定四個FIFO緩存器視頻入端緩存器、音頻入端緩存器、視頻出端緩存器和音頻出端緩存器，將並行視頻信號和數字音頻信號分別存入其中兩個入端FIFO緩存器中，然後通過位寬轉換處理，轉換為多位並行數據，並存入存儲模塊中；4)信號的讀取，通過上述對信號參數的採集判斷，結合操作員對系統做出的延時時間設定，在主控程序中分別計算出並行視頻信號和數字音頻信號的偏移量，按照各自地址偏移分別從存儲模塊中讀取並行數據到FIFO緩存器，然後再經過位寬轉換，將並行視頻信號和數字音頻信號輸出；5)通過編碼模塊將從數據處理模塊中輸出的數字音頻信號嵌入到並行視頻信號，然後對並行視頻信號進行並串轉換處理轉化為串行視頻信號，最後對該串行視頻信號進行驅動並輸出。
2. 如權利要求1所述的3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其特徵在於，該系統使用外 部高速存儲模塊，對3Gbps時鐘速率的視頻信號進行延時處理，並且向下兼容HD數字視頻 信號和SD數字視頻信號的延時處理。
3. 如權利要求1所述的3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其特徵在於，該系統使用高 速存儲模塊，根據數據處理模塊中FIFO緩存器的緩存深度、使能存儲模塊的寫入邏輯和讀 取邏輯對視頻信號進行堆棧存儲和地址偏移讀取，實現信號延時處理。
4. 如權利要求1所述的3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其特徵在於，該系統對延時 的調節分為粗調延時和微調延時兩種調節方式，其中，粗調延時是通過存儲模塊的地址偏 移來實現，微調延時是通過調節FIFO緩存器的深度實現。
5. 如權利要求1所述的3G-SDI高清數字視音頻延時系統，其特徵在於，該系統通過對 延時的準確調整，能夠將畫面與外部參考同步信號時鐘精確對齊，實現視頻幀同步功能；同 時，支持在數據處理模塊中對音頻進行插入、擦除、靜音、混合和調整處理等功能。
全文摘要
本發明的3G-SDI高清數字視音頻延時系統屬於視音頻播控技術領域，該系統由解析模塊、數據處理模塊、存儲模塊和編碼模塊構成，使用高速存儲模塊，根據數據處理模塊中FIFO緩存器的緩存深度，使能存儲模塊的寫入邏輯和讀取邏輯進而對視頻信號進行堆棧存儲和地址偏移讀取，達到信號延時的目的。本發明的有益效果是支持3G-SDI高清數字視頻信號、HD數字視頻信號和SD數字視頻信號的延時處理，並且整個系統在一臺1U高機器上完成，降低了故障發生率，避免了大量的硬體投入，為工作環境節省空間，同時又降低了成本。
文檔編號H04N5/222GK101778204SQ20101010726
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月6日 優先權日2010年2月6日
發明者劉興華, 周春雷 申請人:大連科迪視頻技術有限公司