專利名稱：3g-sdi高清數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息領(lǐng)域中的視音頻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
3G-SDI(3Gbps傳輸速率的串行數(shù)字接口 )視頻信號(hào)是目前乃至未來若干年廣 播電視及媒體傳播行業(yè)內(nèi)的主流頂級(jí)信號(hào)格式，其信號(hào)圖像質(zhì)量和音頻質(zhì)量能夠充分滿 足專業(yè)級(jí)廣播電視以及大眾的專業(yè)或娛樂需要。與此同時(shí)，3G-SDI信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)也比 HD-SDI(高清晰度的串行數(shù)字接口 )信號(hào)和SD-SDI(標(biāo)準(zhǔn)清晰度的串行數(shù)字接口 )信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)高得多，其信號(hào)傳輸速率為2. 97Gbps，是HD-SDI信號(hào)通道內(nèi)傳輸速率的2倍，是 SD-SDI信號(hào)通道內(nèi)傳輸速率的11倍。因其信號(hào)頻率高，3G-SDI視頻信號(hào)產(chǎn)生的抖動(dòng)更加 難以控制，信號(hào)間同步也難以實(shí)現(xiàn)，常因信號(hào)不同步而產(chǎn)生視頻畫面切換的晃動(dòng)現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)一種3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)，其目的旨在利用 3G-SDI處理技術(shù)設(shè)計(jì)一種全高清數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)。它能夠在3Gbps的信號(hào)傳輸速率下 校正由于不同的信號(hào)來源或不同的傳輸路徑造成的時(shí)基誤差或抖動(dòng)，提供更精確、更方便 的方式解決視頻圖像切換抖動(dòng)、扭曲、不同步、臺(tái)標(biāo)迭加不穩(wěn)定等問題。使得多路視頻信號(hào) 可以同步鎖相，實(shí)現(xiàn)各信號(hào)間切換無抖動(dòng)、信號(hào)中斷應(yīng)急切換時(shí)不出現(xiàn)黑場(chǎng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)包括 同步分離器1、時(shí)鐘發(fā)生器2、幀存儲(chǔ)器3、FPGA芯片4、指示和控制單元5、串行器6、解串器 7及電源8。同步分離器1與FPGA芯片4及時(shí)鐘發(fā)生器2相連接，幀存儲(chǔ)器3、指示和控制 單元5、串行器6、解串器7及電源8均與FPGA芯片4相連接。 應(yīng)用上述3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字視頻信號(hào)幀同步處理的步驟 是 首先，數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過均衡和解串器7進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)換為多位的并行數(shù) 據(jù)輸入至FPGA芯片4，F(xiàn)PGA芯片4分離出其中的H(行)、V(場(chǎng))信號(hào)，通過FPGA芯片4內(nèi) 部程序識(shí)別出每一幀圖像的起始信號(hào)，并對(duì)起始信號(hào)進(jìn)行標(biāo)記、生成存入機(jī)制，再根據(jù)存入 機(jī)制將標(biāo)記后的數(shù)字視頻信號(hào)存入幀存儲(chǔ)器3內(nèi)的規(guī)定地址； 其次，基準(zhǔn)信號(hào)輸入至同步分離器1中分離出H、V信號(hào)并分別輸送給FPGA芯片4 和時(shí)鐘發(fā)生器2，時(shí)鐘發(fā)生器2對(duì)H、V信號(hào)進(jìn)行鎖相產(chǎn)生3種不同頻率(標(biāo)清格式27MHz、 高清格式74. 25MHz和3G格式148. 5腿z)的時(shí)鐘速率并使其與H、V信號(hào)對(duì)齊，輸入至FPGA 芯片4; 然后，在FPGA芯片4內(nèi)，以基準(zhǔn)信號(hào)的H、V信號(hào)為參考生成讀取機(jī)制，并按照由時(shí) 鐘發(fā)生器2發(fā)出的時(shí)鐘速率從幀存儲(chǔ)器3中讀出視頻信號(hào)；此時(shí)，F(xiàn)PGA芯片4對(duì)讀出的視 頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過檢測(cè)讀取出的數(shù)字視頻信號(hào)中SAV(有效視頻起始標(biāo)志)和EAV(有 效視頻結(jié)束標(biāo)志)，判斷在此幀同步處理過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)比輸入數(shù)字信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的H、V信號(hào)，確保幀同步處理精準(zhǔn)可靠； FPGA芯片4內(nèi)具有高達(dá)16通道的嵌入音頻處理方案，在這一步驟中，可以對(duì)讀出
的并行數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)字音頻處理，包括音頻插入、擦除，靜音，音頻混合、調(diào)整等。 最后，將處理過的并行數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)送至串行器6進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換處理，最終輸 出SDI數(shù)字視頻信號(hào)。 該信號(hào)的H、 V信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的H、 V信號(hào)保持一致，達(dá)到幀同步目的。 所述的數(shù)字視頻信號(hào)為傳輸速率高達(dá)3Gbps的全高清數(shù)字視頻信號(hào)或SDI數(shù)字視
頻信號(hào)或SD-SDI數(shù)字視頻信號(hào)。 本發(fā)明的有益效果是該信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)以FPGA為核心，通過對(duì)其內(nèi)部IP核的編 寫，可實(shí)現(xiàn)對(duì)3G-SDI數(shù)字視頻信號(hào)的幀同步處理，并兼容HD-SDI和SD-SDI信號(hào)，能夠精確 對(duì)比基準(zhǔn)信號(hào)與同歩信號(hào)的H、V信號(hào)同步率，保持輸出同步信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)小于0. 2UI，達(dá) 到SMPTE規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；FPGA內(nèi)部具有檢測(cè)功能，可以檢測(cè)一行視頻信號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，使該幀 同步系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的無抖動(dòng)畫面輸出；可輸出多模式、多格式的信號(hào)；在本處理系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上只需簡單增加A/D和D/A轉(zhuǎn)化模塊，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的幀同步處理功能。


圖1是3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)實(shí)物圖的正面部分； 圖3是3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)實(shí)物圖的背面部分。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，但不局限于該實(shí)施例。
如圖1所示，3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)包括同步分離器1、時(shí)鐘發(fā)生器2、幀存儲(chǔ) 器3、指示和控制單元5、串行器6、解串器7、電源8以及系統(tǒng)處理核心FPGA芯片4。同步分 離器1與FPGA芯片4及時(shí)鐘發(fā)生器2相連接，幀存儲(chǔ)器3、指示和控制單元5、串行器6、解 串器7及電源8與FPGA芯片4相連接。 下面根據(jù)圖l，對(duì)該系統(tǒng)的工作原理做出具體說明 首先，數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過均衡和解串器7進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)換為多位的并行數(shù) 據(jù)輸入至FPGA芯片4，F(xiàn)PGA芯片4對(duì)其進(jìn)行同步分離處理，分離出H、V信號(hào)，通過內(nèi)部的算 法識(shí)別每幀圖像的起始信號(hào)，據(jù)此生成數(shù)據(jù)存入機(jī)制；FPGA芯片4根據(jù)存入數(shù)據(jù)機(jī)制，將視 頻信號(hào)存入幀存儲(chǔ)器3內(nèi)的規(guī)定地址. 其次，基準(zhǔn)信號(hào)輸入至同步分離器1中分離出H、V信號(hào)并分別輸送給FPGA芯片4 和時(shí)鐘發(fā)生器2，時(shí)鐘發(fā)生器2對(duì)H、V信號(hào)進(jìn)行鎖相產(chǎn)生3種不同頻率(標(biāo)清格式27MHz、 高清格式74. 25MHz和3G格式148. 5腿z)的時(shí)鐘速率，并使其與H、V信號(hào)對(duì)齊，輸入至FPGA 芯片4; 然后，在FPGA芯片4內(nèi)，根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的H、V信號(hào)為參考生成讀取機(jī)制，并按照由 時(shí)鐘發(fā)生器2發(fā)出的時(shí)鐘速率從幀存儲(chǔ)器3中讀出視頻信號(hào)；此時(shí)，F(xiàn)PGA芯片4對(duì)讀出的 視頻信號(hào)檢測(cè)，通過檢測(cè)讀取出的數(shù)字視頻信號(hào)中SAV(有效視頻起始標(biāo)志)和EAV(有效視頻結(jié)束標(biāo)志)，判斷在此幀同步處理過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)比輸入數(shù)字信號(hào)和基準(zhǔn) 信號(hào)的H、V信號(hào)，確保幀同步處理精準(zhǔn)可靠； 若要對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)中的嵌入音頻進(jìn)行相關(guān)處理，F(xiàn)PGA芯片4可以在此步驟對(duì)并 行數(shù)字音頻(模擬音頻經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后)進(jìn)行嵌入、擦除、靜音、混合、調(diào)整等相關(guān)處理。
最后，將處理過的并行數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)送至串行器6進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換處理，最終輸 出SDI數(shù)字視頻信號(hào)。 該系統(tǒng)能夠?qū)鬏斔俾矢哌_(dá)3Gbps的全高清數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，并兼 容HD-SDI和SD-SDI信號(hào)，能夠穩(wěn)定保持畫面切換無抖動(dòng)。 同步分離芯片1可以使用LMH1981，能夠處理的基準(zhǔn)信號(hào)格式有復(fù)合視頻信號(hào)，S 端子的Y/C信號(hào)，分量視頻信號(hào)以及電腦視頻接口的VGA信號(hào)。 時(shí)鐘發(fā)生器2可以使用LHM1982或GS4911，同時(shí)輸出3種制式的時(shí)鐘速率標(biāo)清 格式27MHz的時(shí)鐘速率、高清格式74. 25MHz的時(shí)鐘速率和3G格式148. 5MHz的時(shí)鐘速率， 使同步信號(hào)的時(shí)鐘速率更加精準(zhǔn)，與基準(zhǔn)信號(hào)的誤差降至最低。 幀存儲(chǔ)器3作為數(shù)字視頻幀數(shù)據(jù)的暫存器，可以使用FIF0(先入先出)存儲(chǔ)芯片， SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或DDR(雙倍速內(nèi)存)芯片等； 指示和控制單元5是系統(tǒng)的對(duì)外連接部分，操作人員通過此部分以控制整個(gè)系統(tǒng) 的處理范疇，并通過指示部分得到系統(tǒng)信息的反饋； 串行器6和解串器7對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)的并/串或串/并轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理，可以支持 3G-SDI串行信號(hào)的芯片，并且電路上設(shè)有斷電直通裝置，如果有意外掉電，數(shù)字視頻信號(hào)將 直接輸出到監(jiān)視器上，避免出現(xiàn)黑屏，提高顯示可靠性。
電源8為整個(gè)3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)供電。 本發(fā)明支持對(duì)3Gbps的全高清視頻信號(hào)的幀同步處理，并兼容對(duì)270Mbps的 SD-SDI信號(hào)和1. 485Gbps的HD-SDI信號(hào)的處理，該系統(tǒng)支持復(fù)合信號(hào)或分量信號(hào)作為基準(zhǔn) 信號(hào)，能夠處理信號(hào)的格式有NTSC、 PAL、 SECAM、480i/p、576i/p、720p和1080i/p。
圖2為本系統(tǒng)實(shí)施例外觀的正面視圖上電初始化后，通過對(duì)控制面板4個(gè)方向鍵 操作選擇功能，按下ENTER鍵確認(rèn)，按下LCOK鍵鎖定操作。方向鍵左側(cè)有2個(gè)視頻特殊功 能鍵，分別對(duì)SDI視頻信號(hào)進(jìn)行直接操作；有1個(gè)音頻特殊功能鍵和3個(gè)狀態(tài)指示燈，來顯 示當(dāng)前該系統(tǒng)對(duì)音頻的操作狀態(tài)。該系統(tǒng)配有VFD顯示屏，可以顯示幀同步系統(tǒng)的操作狀 態(tài)。 圖3為本系統(tǒng)實(shí)施例外觀的背面視圖有1路3G-SDI信號(hào)輸入，1路3G-SDI信號(hào) 環(huán)路輸出，2路3G-SDI信號(hào)輸出；若意外掉電，系統(tǒng)將直接連接SDI輸入至1路SDI輸出上， 避免出現(xiàn)畫面中斷，更加提高了可靠性。
權(quán)利要求
3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括同步分離器(1)、時(shí)鐘發(fā)生器(2)、幀存儲(chǔ)器(3)、FPGA芯片(4)、指示和控制單元(5)、串行器(6)、解串器(7)及電源(8)，同步分離器(1)與FPGA芯片(4)及時(shí)鐘發(fā)生器(2)相連接，幀存儲(chǔ)器(3)、指示和控制單元(5)、串行器(6)、解串器(7)及電源(8)均與FPGA芯片(4)相連接。
2. 3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步處理方法，其特征在于，處理步驟是首先，數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過均衡和解串器(7)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)換為多位的并行數(shù)據(jù)輸入至FPGA芯片(4)， FPGA芯片(4)分離出其中的H(行)、V(場(chǎng))信號(hào)，通過FPGA芯片(4)內(nèi)部程序識(shí)別出每一幀圖像的起始信號(hào)，并對(duì)起始信號(hào)進(jìn)行標(biāo)記、生成存入機(jī)制，再根據(jù)存入機(jī)制將標(biāo)記后的數(shù)字視頻信號(hào)存入幀存儲(chǔ)器(3)內(nèi)的規(guī)定地址；其次，基準(zhǔn)信號(hào)輸入至同步分離器(1)中分離出H、V信號(hào)并分別輸送給FPGA芯片(4)和時(shí)鐘發(fā)生器(2)，時(shí)鐘發(fā)生器(2)對(duì)H、V信號(hào)進(jìn)行鎖相使其時(shí)鐘與H、V信號(hào)對(duì)齊并產(chǎn)生3種不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)并輸入至FPGA芯片(4);然后，在FPGA芯片(4)內(nèi)，以基準(zhǔn)信號(hào)的H、 V信號(hào)為參考生成讀取機(jī)制，并按照由時(shí)鐘發(fā)生器(2)發(fā)出的時(shí)鐘速率從幀存儲(chǔ)器(3)中讀出視頻信號(hào)；此時(shí)，F(xiàn)PGA芯片(4)對(duì)讀出的視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過檢測(cè)讀取出的數(shù)字視頻信號(hào)中SAV(有效視頻起始標(biāo)志)和EAV(有效視頻結(jié)束標(biāo)志)，判斷在此幀同步處理過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)比輸入數(shù)字信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的H、V信號(hào)，確保幀同步處理的精準(zhǔn)；最后，將處理過的并行數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)送至串行器(6)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換處理，最終輸出SDI數(shù)字視頻信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步處理方法，其特征在于，所述的數(shù)字視頻信號(hào)為傳輸速率高達(dá)3Gbps的全高清數(shù)字視頻信號(hào)或SDI數(shù)字視頻信號(hào)或SD-SDI數(shù)字視頻信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步處理方法，其特征在于，所述的3種不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)為標(biāo)清格式27MHz的時(shí)鐘速率、高清格式74. 25MHz的時(shí)鐘速率和3G格式148. 5MHz的時(shí)鐘速率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的3G-SDI高清數(shù)字視頻幀同步處理方法，其特征在于，F(xiàn)PGA芯片(4)內(nèi)具有高達(dá)16通道的嵌入音頻處理方案，對(duì)讀出的并行數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字音頻處理，包括音頻插入、擦除，靜音，音頻混合及調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種3G-SDI數(shù)字視頻幀同步系統(tǒng)，包括同步分離器(1)、時(shí)鐘發(fā)生器(2)、幀存儲(chǔ)器(3)、FPGA芯片(4)、指示和控制單元(5)、串行器(6)、解串器(7)及電源(8)。同步分離器(1)與FPGA芯片(4)及時(shí)鐘發(fā)生器(2)相連接，幀存儲(chǔ)器(3)、指示和控制單元(5)、串行器(6)、解串器(7)及電源(8)與FPGA芯片(4)相連接。該系統(tǒng)克服了在3Gbps的信號(hào)傳輸速率下由于不同的信號(hào)來源或不同的傳輸路徑造成的時(shí)基誤差或抖動(dòng)現(xiàn)象，提供更精確、更方便的方式解決視頻圖像切換抖動(dòng)、扭曲、不同步、臺(tái)標(biāo)迭加不穩(wěn)定等問題。
文檔編號(hào)H04N5/08GK101764921SQ20091024882
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉興華, 周春雷 申請(qǐng)人:大連科迪視頻技術(shù)有限公司