专利名称：一种多媒体信号的传输和转换的设备及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及视音频信号传输技术领域，尤其是涉及一种综合高、标清视音频多媒体信号在光纤和同轴电缆上传输和转换的设备及其系统。
背景技术：
近几年数字视音频系统和高清数字电视系统发展很快，逐步开始普及。市场上既有大量的标清系统在使用，又不断涌现出各种不同制式的高清数字系统。这个模拟系统和数字系统并存、标清系统和高清系统并存的市场格局，对视音频传输系统提出了新的要求。原有的传输设备基本上仅仅支持标清视音频的传输，而新的传输设备虽然有些可以支持高清数字接口，但是接口类型单一，功能有限，使用不够灵活。为了适应当前市场视音频信号多种制式多种接口并存的情况，有必要开发一种综合的高、标清视音频多媒体信号传输和转换系统。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，在于提供一种综合高、标清视音频多媒体信号在光纤和同轴电缆上传输和转换的设备及其系统。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种多媒体信号的传输和转换的设备，其特征在于，该设备包括:—信号输入端，该信号输入端用于接收多媒体信号；一主处理器，所述主处理器负责对来自所述信号输入端的多媒体信号进行转换处理；一信号输出端，该信号输出端用于对所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行识别输出；一寄存器，所述寄存器主要用于对所述信号输入端接收的多媒体信号和所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行储存。所述信号输入端包括SDI光信号输入接口、SDI电信号输入接口、模拟视频信号输入接口和网管信号输入接口。所述信号输出端包括SDI光信号输出接口、SDI电信号输出接口和模拟视频信号输出接口。一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于，包括:用于接收多媒体信号的信号输入模块；与所述信号输入模块通信相连，并负责转换处理来自所述信号输入模块多媒体信号的主处理器模块；与所述主处理器模块通信相连，并用于对所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行输出的信号输出模块；以及与所述主处理器模块通信相连，用于对所述信号输入模块接收的和所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行储存的寄存器模块。
所述主处理器模块包括，SDI接收模块、音频输入模块、视频解码器输入模块、HDMI 接收模块、辅助数据输入模块、测试图形生成模块、数据库路径模块、SDI发送模块、音频输 出模块、视频编码器输出模块、HDMI发送模块、辅助数据输出模块。
所述SDI接收模块，用以实现将LVDS视频信号的5比特串行数据转换为20比特 并行数据，包括以下步骤，
a.根据SDI的扰码生成多项式G2 (x) = x+1和Gl (x) = x9+x4+l进行将所述视频 信号解扰；
b.搜索串行数据中的TRS，将串行数据流转换为20比特宽的并行数据流；
c.检测SDI的速率、分辨率；
d.CRC 和 EDH 检测；
e.辅助数据解嵌；
f.音频解嵌。
所述音频输入模块，用以接收音频的I2S或AES格式的数据并转换为AES格式数 据流。
所述视频解码器输入模块，用以将外部输入的视频信号转换为20比特的视频信 号数据流。
所述HDMI接收模块，用以对HDMI数据进行时钟域的转换，同步到系统时钟域上， 然后再根据输入的场同步、垂直同步和水平同步，对数据流进行重新封装，更改TRS，换为 20比特宽的并行数据流。
所述测试图形生成模块，用以产生常用的简单测试信号和频率的数字正弦波音 频，频率缺省1kHz，供测试音频功能使用。
所述数据路径模块，实现对各个视频源和音频源进行路由切换的功能，可以把一 路输入切换到一路或多路输出上。输出的视频部分通过20比特的格式输出，音频部分通过 AES格式输出，辅助数据则通过单比特串行模式输出。
所述SDI发送模块，用以实现将20比特并行数据转换为LVDS视频信号的5比特 串行数据，包括以下步骤，
a.计算并插入TRS ；
b.对于高清信号(HD和3G)计算CRC并插入视频流，对于标清信号(SD)计算CRC， 封装成EDH包并插入视频流；
c.音频ACP的生成和嵌入和音频ADP的生成和嵌入；
d.辅助数据封装为辅助数据包，插入视频流；
e.20bit到5bit的串行化变换；
f.根据扰码生成多项式gl (X) = x9+x4+l和g2 (X) = x+1进行扰码。
所述音频输出模块，用以AES格式的音频数据转换为的I2S或AES格式的音频数 据输出。
所述视频编码器输出模块，把内部20比特的数据转换为视频编码数模转换器芯 片可以接受的格式输出，根据数据流，提供对应的场同步、垂直同步和水平同步。
所述HDMI发送模块，据转换为CEA格式的数据，生成对应的场同步、垂直同步、水平同步和时钟域，送给外部HDMI发送信号。本发明的有益效果是，能够实现各种视频模式之间相互转换，方便快捷。
图1为本发明:一种多媒体信号的传输和转换的设备的结构示意图；图2为本发明:一种多媒体信号的传输和转换的系统的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参照图1-图2所示，一种多媒体信号的传输和转换的设备，其特征在于，该设备包括:—信号输入端，该信号输入端用于接收多媒体信号；一主处理器，所述主处理器负责对来自所述信号输入端的多媒体信号进行转换处理；一信号输出端，该信号输出端用于对所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行识别输出；一寄存器，所述寄存器主要用于对所述信号输入端接收的多媒体信号和所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行储存。所述信号输入端包括SDI光信号输入接口、SDI电信号输入接口、模拟视频信号输入接口和网管信号输入接口。所述信号输出端包括SDI光信号输出接口、SDI电信号输出接口和模拟视频信号输出接口。一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于，包括:用于接收多媒体信号的信号输入模块；与所述信号输入模块通信相连，并负责转换处理来自所述信号输入模块多媒体信号的主处理器模块；与所述主处理器模块通信相连，并用于对所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行输出的信号输出模块；以及与所述主处理器模块通信相连，用于对所述信号输入模块接收的和所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行储存的寄存器模块。所述主处理器模块包括，SDI接收模块、音频输入模块、视频解码器输入模块、HDMI接收模块、辅助数据输入模块、测试图形生成模块、数据库路径模块、SDI发送模块、音频输出模块、视频编码器输出模块、HDMI发送模块、辅助数据输出模块。SDI_RX: (SDI 接收模块)从SDI接口芯片接收LVDS视频信号，该信号为5_bit串行数据。该模块完成以下功能，(I)根据SDI的扰码生成多项式G2(x) = x+1和Gl (x) = x9+x4+l进行解扰。(2)搜索串行数据中的TRS (Timing Reference Signal),即数据流里面的EAV、SAV的前三个字十六进制的3FF、000、000，这3个字节的图形不会在正常的视频数据中出现，只 会出现于TRS中，所以可以判断出数据流中字的边界。根据判断出的边界，把串行数据流通 过串并变化，转换为20比特宽的并行数据流，对应的时钟也相应降低，以便后续对数据流 进行处理。
(3)检测输入SDI的速率、分辨率。检测速率的方法是用本地固定频率的时钟设置 一个计数周期，该周期为固定时间长度，在这个周期内去计数输入视频的时钟脉冲数，根据 该脉冲数和本地计数周期的比例，可以换算出输入的时钟频率，从而推算出输入的速率。本 系统准确检测出下列速率:270MHz, 1.485GHz, 1.485/1.001GHz，2.97GHz，2.97/1.00IGHz0 检测时间几微秒即可，检测时间越长，精度越高。检测分辨率则根据TRS中的FVH标志的 变化情况，计算一场中有多少行，一行的长度有多少像素，是隔行扫描系统还是逐行扫描系 统，从而可以准确判断出具体的视频格式。
(4)CRC和EDH检测。对于高清视频格式，每一行都内嵌有CRC计算，本地对接收的 视频数据进行CRC计算，和接收到的CRC值进行比较，如果相同则没有CRC错误，如果不同 则有CRC错误，固件程序对此错误进行累计，并存入寄存器，网管可以读取该数值。对于标 清视频格式，使用EDH数据包的方式传送CRC。同样，首先搜索到EDH并解析出CRC，再和本 地计算出的CRC进行比较，有错误则寄存器累加。寄存器在网管控制下可以清零重新开始。
(5)辅助数据的解嵌。其中包括用户定义的数据，例如网管远程信息、云台镜头控 制信息、环境变量信息等数据，这些数据通过辅助数据包进行传输。
(6)音频的解嵌。通过搜索和解析音频的ACP和ADP，判断SDI中的音频的通道数 量、音频采样率和位深。通过搜索和解析ADP，把其中的音频数据解出来，并通过FIFO去除 抖动，恢复成连续均匀的输出码率。该模块可以检测到所有16个音频通道的嵌入状态，并 解嵌所有音频通道。根据实际需要和FPGA的资源状况，可以通过设置模块的参数来控制实 际解出的音频通道数量。
AUD10_IN:(音频输入模块)
接收音频的I2S或AES格式的数据，其通道数量可以通过参数进行设置为1_8路。 如果输入的是I2S，内部根据AES3-2003标准封装为AES格式。在该系统中I2S为模拟音 频转数字的ADC芯片的输出，和HDMI接收器从HDMI数据流里解析出来的音频数据流。AES 接口为外部AES输入信号经过接收器进行电平转换和信号整形之后的数据流。
VDEC_IN:(视频解码器输入模块)
模拟视频解码器把外部输入的视频信号转换为数字格式的视频信号，输入到FPGA 芯片。FPGA在进行时钟域变换，把接收的数据变到内部系统时钟域上，以便后续高速处理。
HDMI_RX: (HDMI 接收模块)
从HDMI接收器过来的数据，采用的是CEA的标准。这与内部的SMPTE标准的场 行定时标准不同。首先对HDMI数据进行时钟域的转换，同步到系统时钟域上，然后再根据 输入的场同步、垂直同步和水平同步，对数据流进行重新封装，更改TRS，使之符合SMPTE标 准。
Aux_data_in:(辅助数据输入模块)
这里仅仅提供一个UART_RX接口，对外部输入信号进行高速过采样，这样可以实 现外部输入数据的透明传输，而不用去考虑数据的具体速率、校验位、停止位和数据位长度。过采样速率一般在2MHz以上，可以实现115200kbps以上的UART无误传输。Tpg:(测试图形生成模块)测试图形生成模块(test pattern generator),产生常用的简单测试信号,如黑场信号、白场信号、渐变信号、彩条信号。另外还产生可以设置频率的数字正弦波音频，频率缺省1kHz，供测试音频功能使用。以上模块的视频部分通过20比特的YC标准格式输入到数据路径模块，而音频部分通过AES格式输入到数据路径模块。辅助数据则是串行模式输入数据路径模块。Datapath:(数据路径模块)实现对各个视频源和音频源进行路由切换的功能。可以把一路输入切换到一路或多路输出上。输出的视频部分通过20比特的YC标准格式输出，音频部分通过AES格式输出，辅助数据则通过单比特串行模式输出。这部分还负责视音频处理模块和寄存器控制接口的通信，这是通过内部数据总线实现的。SDI_TX: (SDI 发送模块)该模块完成以下功能，并最终输出5比特串行的LVDS视频信号(根据配置，可能内嵌音频)。(I)重新计算并插入TRS。这一步主要考虑到输入视频中会出现不正确的TRS，这种情况一般出现在输入数据不稳定或丢失的情况下，所以重新生成TRS会使得后续设备稳定地工作于同步状态下。(2)对于高清信号(HD和3G)计算CRC并插入视频流。(3)对于标清信号(SD)计算CRC，封装成EDH包，并插入视频流。(4)音频ACP的生成和嵌入。(5)音频ADP的生成和嵌入。(6)辅助数据封装为辅助数据包，插入视频流。(7) 20bit到5bit的串行化变换。(8)根据扰码生成多项式gl (X) = x9+x4+l和g2 (x) = x+1进行扰码。Audio_out:(音频输出模块)对于外部I2S接口，把内部AES数据流转换为均匀连续的I2S输出。对于外部AES数据则直接输出数据。在本系统中接受I2S音频数据流的芯片有HDMI发送器芯片和数字到模拟转换的DAC音频芯片，接收AES音频数据流的芯片为AES数字音频驱动器。Venc_out:(视频编码器输出模块)把内部20比特的YC数据转换为视频编码数模转换器芯片可以接受的格式输出，根据数据流，提供对应的Field, Hsync, Vsync和Clock信号。HDMI_TX: (HDMI 发送模块)这里首先要把内部20比特的YC数据转换为CEA格式的数据，生成对应的Field，Hsync, Vsync, DE (data enable)和 Clock,送给外部 HDMI 发送信号。Aux_out:(辅助数据输出)把DATAPATH从SDI数据流中或者辅助数据输入模块中选择出来的高速过采样的辅助数据，通过UART_TX发送给外部UART驱动器，如RS232，RS485或RS422芯片。另外还生成一个UART_DE信号，用来自动控制RS485这种半双工芯片的收发方向。UART_DE的生成是简单对数据流进行反向即可。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种多媒体信号的传输和转换的设备，其特征在于，该设备包括:一信号输入端，该信号输入端用于接收多媒体信号；一主处理器，所述主处理器负责对来自所述信号输入端的多媒体信号进行转换处理；一信号输出端，该信号输出端用于对所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行识别输出；一寄存器，所述寄存器主要用于对所述信号输入端接收的多媒体信号和所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行储存。
2.根据权利要求1所述的一种多媒体信号的传输和转换的设备，其特征在于，所述信号输入端还包括SDI光信号输入接口、SDI电信号输入接口、模拟视频信号输入接口和网管信号输入接口。
3.根据权利要求1所述的一种多媒体信号的传输和转换的设备，其特征在于，所述信号输出端还包括SDI光信号输出接口、SDI电信号输出接口和模拟视频信号输出接口。
4.一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于，该系统包括:用于接收多媒体信号的信号输入模块；与所述信号输入模块通信相连，并负责转换处理来自所述信号输入模块多媒体信号的主处理器模块；与所述主处理器模块通信相连，并用于对所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行输出的信号输出模块；以及与所述主处理器模块通信相连，用于对所述信号输入模块接收的和所述主处理器模块转换处理后的多媒体信号进行储存的寄存器模块；其中，所述主处理器模块还包括:SDI接收模块、音频输入模块、视频解码器输入模块、 HDMI接收模块、辅助数据输入模块、测试图形生成模块、数据库路径模块、SDI发送模块、音频输出模块、视频编码器输出模块、HDMI发送模块、辅助数据输出模块。
5.根据权利要求4所述的一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于:所述SDI 接收模块，主要是用以实现将LVDS视频信号的5比特串行数据转换为20比特并行数据，该转换过程包括以下步骤，步骤A、所述视频信号根据SDI扰码生成的多项式进行解扰；步骤B、搜索上述串行数据中的TRS，并将上述串行数据流转换为20比特宽的并行数据流；步骤C、检测SDI的速率和分辨率；步骤D、CRC和EDH检测；步骤E、对辅助数据进行音频解嵌。
6.根据权利要求4所述的一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于:所述音频输入模块，用以接收音频的I2S或AES格式的数据并转换为AE S格式数据流；所述视频解码器输入模块，用以将外部输入的视频信号转换为20比特的视频信号数据流；所述HDMI接收模块，用以对HDMI数据进行时钟域的转换，同步到系统时钟域上，然后再根据输入的场同步、垂直同步和水平同步，并对数据流进行重新封装，更改TRS，换为20 比特宽的并行数据流；所述测试图形生成模块，用以产生常用的简单测试信号和频率的数字正弦波音频，频率缺省IkHz，供测试音频功能使用。
7.根据权利要求4所述的一种多媒体信号的传输和转换的系统,其特征在于，所述SDI 发送模块，用以实现将20比特并行数据转换为LVDS视频信号的5比特串行数据，包括以下步骤，a.计算并插入TRS；b.对于高清信号计算CRC并插入视频流，对于标清信号计算CRC，封装成EDH包并插入视频流；c.音频ACP和音频ADP生成并嵌入视频流内；d.辅助数据封装为辅助数据包，插入视频流；e.20bit到5bit的串行化变换；f.根据扰码生成的多项式进行扰码。
8.根据权利要求4所述的一种多媒体信号的传输和转换的系统，其特征在于:所述音频输出模块，用以AES格式的音频数据转换为的I2S或AES格式的音频数据输出；所述视频编码器输出模块 ，把内部20比特的数据转换为视频编码数模转换器芯片可以接受的格式输出，根据数据流，提供对应的场同步、垂直同步和水平同步；所述HDMI发送模块，据转换为CEA格式的数据，生成对应的场同步、垂直同步、水平同步和时钟域，送给外部HDMI发送信号。
全文摘要
一种多媒体信号的传输和转换的设备及其系统属于视音频信号传输技术领域，其特征在于，该设备包括一信号输入端，该信号输入端用于接收多媒体信号；一主处理器，所述主处理器负责对来自所述信号输入端的多媒体信号进行转换处理；一信号输出端，该信号输出端用于对所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行识别输出；一寄存器，所述寄存器主要用于对所述信号输入端接收的多媒体信号和所述主处理器转换处理后的多媒体信号进行储存。有益效果是能够实现各种视频模式之间相互转换，方便快捷。
文档编号H04N7/24GK103139553SQ20111038769
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者谢晨晨, 章俊, 贾成志 申请人:上海全维光纤网络系统有限公司