专利名称：一种汇聚型视频光端机时钟同步方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤通信和安防监控领域，具体涉及一种汇聚型视频光端机时钟同步 方法及系统。
背景技术：
汇聚型视频光端机是一种新型视频光端机，它可以将多个独立单路远端设备通过 光纤汇接到汇聚端，各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通 过一根光纤转发出去，形成一拖多的星型拓扑结构。汇聚型视频光端机提高了干路光纤的 利用率，发挥了光纤的带宽优势；由于其只对数字信号进行汇接处理，解决了传统模拟汇接 设备需要经过两次模拟数字间的转换，减小了信号的采样失真，节省了硬件成本。视频光端机属于严格的时钟同步系统，发送和接收端在同步时钟的作用下进行复 用和解复用处理。视频光端机一般在接收端设置硬件CDR用于恢复发送时钟，从而保证发 送和接收端的同步。汇聚型视频光端机的设计难点是异步时钟的同步处理。构成汇聚型视 频光端机的多个单路远端设备均有自己独立的时钟系统，相互间没有关联，属于异频异相 时钟。在汇聚端，系统必须将多个单路远端时钟域转换成本地时钟域，从而完成对远端数据 的二次复用。如果对跨时钟域带来的亚稳态、采样丢失、潜在逻辑错误等等一系列问题处理 不当，将导致接收误码，严重的甚至会导致系统无法运行。为了避免异步时钟域产生错误的采样电平，一般使用双口 RAM、FIFO缓存的方法 完成异步时钟域的数据转换。最常用的缓存单元是FIFO，在输入端口使用上级时钟写数据， 在输出端口使用本级时钟读数据，这样就非常方便的完成了异步时钟域之间的数据交换。 该方法适用突发传输系统，并不适用以PCM传输为主的强时序的光端机系统。单路远端和 汇聚端虽然采用的是同一型号的晶体振荡器，但仍然存在着精度范围内的频率偏差。这种 偏差会随着时间累积，从而造成周期性的传输误码，导致接收图像上出现周期移动的横条 纹，影响观看效果。另外该方法对光端机系统而言还存在着一些技术缺陷。首先，对数据缓 存会造成处理延时，实时效果差，失去了光纤传输的传统优势；其次，由于汇聚型视频光端 机有多个单路远端设备需要同步，该方法会占用大量的FIFO资源，需要大容量的FIFO存储 芯片，增加系统复杂度也提高了硬件成本。传统视频光端机的时钟系统具有对称性，即发送端和接收端设备时钟系统具有相 同的结构。如图1所示的单路远端和汇聚端使用的时钟系统模型，系统中有3个主要时钟， 分别为参考时钟、发送时钟、接收时钟。其中参考时钟和发送时钟均来自同一个输入源，即 本地晶体振荡器。发送时钟主要用做发送逻辑的同步处理，所有的视频、音频、数据等信号 在该时钟的作用下被复用成一路高速信号，通过光纤转发出去。参考时钟是硬件CDR的PLL 输入时钟，该时钟在器件内部被倍频，用作输入数据的鉴相时钟。鉴相结果引入到VCO的反 馈输入端，从而控制硬件CDR从接收数据中恢复出精确的时钟信息。接收时钟来自硬件CDR 的输出，它总是和数据源的发送时钟同步，接收逻辑利用该时钟进行解复用处理，从而恢复 出远端发送的视频、音频、数据等信号。由于接收时钟是由硬件⑶R从远端发送数据中恢复出来的，它和发送设备的本地时钟是同源时钟，而和自身的设备时钟是非同源时钟，即本地 的发送时钟和接收时钟并没有频率和相位上的关系，属于异频异相时钟。多个单路远端的 发送数据到达汇聚端后，经硬件CDR恢复出多个独立的非相关时钟，如何处理多个异步时 钟的同步就成为一个设计难点。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种低成本的汇聚 型视频光端机时钟同步方法，不用增加任何硬件设备，快速实现多个单路远端设备的时钟 同步，提高视频传输的保真度，降低系统成本。本发明的目的是这样实现的
应用于汇聚型视频光端机系统中的单路远端的时钟系统，包括时钟数据恢复CDR模 块、发送逻辑模块和接收逻辑模块；其中CDR模块接收参考时钟和数据，并据此恢复出接收 时钟，然后将恢复出的接收时钟分别输出至发送逻辑模块和接收逻辑模块；所述参考时钟 为单路远端的本地时钟，所述数据来自汇聚型视频光端机系统中的汇聚端，由此发送逻辑 模块所使用的时钟、接收逻辑模块所使用的时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟。上述发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。应用于汇聚型视频光端机系统中的汇聚端的时钟系统，包括发送逻辑模块和接收 逻辑模块，其中本地时钟分别输入到发送逻辑模块和接收逻辑模块，即汇聚端的发送时钟 和接收时钟均来自本地晶体振荡器。上述发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。一种汇聚型视频光端机，其包括多个独立的单路远端设备、汇聚型视频光端机汇 聚端和汇聚型视频光端机多路接收端；其中多个独立单路远端设备通过光纤汇接到汇聚 端，各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通过一根光纤转发 至所述接收端，其特征在于每个单路远端设备使用前面所述的时钟系统，汇聚端使用前面 所述的时钟系统。具体地，所述汇聚端包括多个第一光模块、可编程逻辑器件、并/串转换芯片和 第二光模块，其中每个第一光模块的一端通过单模光纤与一个单路远端设备连接，每个第 一光模块的另一端与可编程逻辑器件直连，所述可编程逻辑器件另一端连接并/串转换芯 片，并/串转换芯片另一端连接第二光模块，第二光模块与汇聚型视频光端机多路接收端 连接。具体地，所述第一光模块的速率为155mbps，采用1X9物理接口，支持单纤双向传 输；所述第二光模块，采用1X9物理接口，支持1. 25Gbps速率，可最多实现8个单路远端数 据的汇聚传输。具体地，所述可编程逻辑器件采用ALTERA公司的EP2C5芯片，该芯片支持LVDS差 分接口，经过简单电阻网络的转换后，可与第一光模块的数据接口直连。具体地，第二光模块为干路光纤通道的SERDES芯片，采用美国国家半导体的 DS92LV18，采用1 :18的数字接口。多个单路远端的数据经过汇聚端同步处理之后再经过并 /串转换芯片复用成一路高速信号。一种汇聚型视频光端机时钟同步方法，其特征在于汇聚端的发送时钟和接收时钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出 时钟，该恢复出的时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远 端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发 送的数据。本发明涉及的方法及系统能够快速实现多个单路远端设备与汇聚端本地时钟的 同步，从而实现多路视频和数据信号的汇聚传输，具有以下优点和积极效果
1、传统处理方法需要对高速数据流进行缓存，处理延时长，实时性差；采用该发明的方 法可快速实现同步，不用对数据缓存，实时性好；
2、对于汇聚端设备，优化的时钟模型不需要片外的FIFO资源和硬件CDR，在降低系统 复杂度的同时节约了硬件成本；
3、对于单路远端设备，硬件不用做任何修改，软件只要做很少的修改，就可以适应新的 时钟模型；在单路点对点的应用中，新模型向下兼容传统模型，采用新模型的设备可以和老 设备混用。
图1为传统视频光端机系统中单路远端和汇聚端使用的时钟系统模型。图2为本发明改进后的单路远端视频光端机时钟系统模型。图3为本发明改进后的汇聚端的时钟系统模型。图4为本发明硬件系统结构。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明进一步说明
本发明改进了传统的视频光端机时钟模型，优化了时序结构，从而实现快速的时钟同 步。改进的模型采用了非对称结构，图2所示的是单路远端的时钟模型，发送和接收时钟均 来自硬件CDR的输出，本地时钟不再驱动发送逻辑，仅作为硬件CDR的参考时钟。由于输入 数据源来自汇聚端，因此从该数据中恢复出的接收时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟， 而汇聚端的发送时钟采用本地时钟，故汇聚端的本地时钟和单路远端的发送和接收时钟是 严格同步的。对于汇聚端，只需要用本地时钟就可对单路远端的数据进行接收、解复用处 理，不再需要采用硬件CDR恢复远端的发送时钟。改进的时钟模型很巧妙的将汇聚端的本 地时钟引入到单路远端，并用作发送逻辑的输入时钟，这样单路远端的发送和接收就都和 汇聚端的本地时钟同步了。图3所示的是汇聚端的时钟模型，发送和接收时钟均来自同一 输入源，即本地晶体振荡器，接收时钟前端不再设置硬件⑶R电路。本发明采用新的时钟模型，使得汇聚型视频光端机的硬件结构大大简化，如图4 所示。多个4.1设备通过多根单模光纤与4. 6连接，4. 6再通过单根光纤与4. 7连接。其中 4. 6是由多个4. 2以及4. 3,4. 4和4. 5组成的系统。4. 1为单路远端设备，采用新时钟模型的单路远端设备不用对原硬件设计做任何 修改，只需要对软件设计做很小的改动；在单路点对点的应用中，新模型向下兼容传统模 型，采用新模型的设备可以和老设备混用；
4、2为155mbps速率的光模块，采用1X9物理接口，支持单纤双向传输；
54. 3为可编程逻辑器件，采用ALTERA公司的EP2C5芯片。该芯片支持LVDS差分接口， 经过简单电阻网络的转换后，可与4. 2的数据接口直连，不用经过SERDES芯片转换；
4. 4为干路光纤通道的并/串转换芯片(SERDES芯片)，采用美国国家半导体的 DS92LV18，采用1 :18的数字接口。多个4. 1的数据经过汇聚端同步处理之后再经过4. 4复 用成一路高速信号；
4. 5是干路光纤通道的光模块，采用1X9物理接口，支持1. 25Gbps速率，可最多实现8 个单路远端数据的汇聚传输；
4. 7为汇聚型视频光端机多路接收端，4. 4的输出经过4. 5转换成光信号发送出去，4. 7 接收信号并还原远端的发送信号。 本发明同时简化了系统的软件处理流程，汇聚端不需要对多个单路远端的数据进 行FIFO同步处理，不会占用大量的FIFO资源。汇聚端采用广播方式向多个单路远端同时发 送反向数据，经过光纤到达各单路远端的接收端，单路远端的CDR电路从串行数据流中恢 复出发送时钟。由于各单路远端的数据和汇聚端的时钟系统是同步的，因此恢复出来的时 钟和汇聚端的本地时钟是同源时钟。采用这个恢复出来的时钟作为单路远端的发送时钟， 对于汇聚端的接收逻辑来说，它只需要采用本地时钟，就可以实现和远端设备的同步。汇聚 端对多个单路远端的数据进行解复用，再重新复用成一路高速信号，通过干路光纤传输到 汇聚型视频光端机接收端。
权利要求
一种时钟系统，应用于汇聚型视频光端机系统中的单路远端，其特征在于该时钟系统包括时钟数据恢复CDR模块、发送逻辑模块和接收逻辑模块；其中CDR模块接收参考时钟和数据，并据此恢复出接收时钟，然后将恢复出的接收时钟分别输出至发送逻辑模块和接收逻辑模块；所述参考时钟为单路远端的本地时钟，所述数据来自汇聚型视频光端机系统中的汇聚端，由此发送逻辑模块所使用的时钟、接收逻辑模块所使用的时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟。
2.如权利要求1所述的时钟系统，其中发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器 件实现。
3.—种时钟系统，应用于汇聚型视频光端机系统中的汇聚端，其特征在于该时钟系 统包括发送逻辑模块和接收逻辑模块，其中本地时钟分别输入到发送逻辑模块和接收逻辑 模块，即汇聚端的发送时钟和接收时钟均来自本地晶体振荡器。
4.如权利要求3所述的时钟系统，其中发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器 件实现。
5.一种汇聚型视频光端机，其包括多个独立的单路远端设备、汇聚型视频光端机汇聚 端和汇聚型视频光端机多路接收端；其中多个独立单路远端设备通过光纤汇接到汇聚端， 各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通过一根光纤转发至 所述接收端，其特征在于每个单路远端设备使用如权利要求1或2所述的时钟系统，汇聚 端使用如权利要求3或4所述的时钟系统。
6.如权利要求5所述的汇聚型视频光端机，其特征在于所述汇聚端包括多个第一光 模块、可编程逻辑器件、并/串转换芯片和第二光模块，其中每个第一光模块的一端通过单 模光纤与一个单路远端设备连接，每个第一光模块的另一端与可编程逻辑器件直连，所述 可编程逻辑器件另一端连接并/串转换芯片，并/串转换芯片另一端连接第二光模块，第二 光模块与汇聚型视频光端机多路接收端连接。
7.如权利要求5或6所述的汇聚型视频光端机，所述第一光模块的速率为155mbps，采 用1X9物理接口，支持单纤双向传输；所述第二光模块，采用1X9物理接口，支持1.25Gbps 速率，可最多实现8个单路远端数据的汇聚传输。
8.如权利要求5-7任一项所述的汇聚型视频光端机，所述可编程逻辑器件采用ALTERA 公司的EP2C5芯片，该芯片支持LVDS差分接口，经过简单电阻网络的转换后，可与第一光模 块的数据接口直连。
9.如权利要求5-8任一项所述的汇聚型视频光端机，第二光模块为干路光纤通道的 SERDES芯片，采用美国国家半导体的DS92LV18，采用1 :18的数字接口 ；多个单路远端的数 据经过汇聚端同步处理之后再经过并/串转换芯片复用成一路高速信号。
10.一种汇聚型视频光端机时钟同步方法，其特征在于汇聚端的发送时钟和接收时 钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出 时钟，该恢复出的时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远 端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发 送的数据。全文摘要
本发明涉及一种汇聚型视频光端机时钟同步方法及系统，该发明包含一种新型的光端机时钟系统模型和对应的软硬件处理流程，其特征在于汇聚端的发送时钟和接收时钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出接收时钟，该时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发送的数据。本发明以极低的成本实现了汇聚型视频光端机多个单路远端设备的快速同步，改善了传输质量；不用增加缓存单元，实现了视频信号的实时传输，降低硬件复杂度的同时减少了硬件成本。
文档编号H04N7/22GK101931482SQ20101027556
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者刘杰, 刘良远, 李华民, 陈军旗 申请人:武汉虹信通信技术有限责任公司