视频信号转换方法及系统与流程

本发明涉及视频传输领域，特别是涉及视频信号转换方法及系统。

背景技术：

现阶段，无损视频的传输一般采用dvi、hdmi、sdi等接口，其中，dvi、hdmi接口采用专用线材，一般能正常传输30米左右的距离，应用场景有限；sdi接口可采用同轴电缆或光纤，由于同轴线缆粗大笨重、性价比不高，越来越多的应用场合喜欢采用光纤来传输无损视频。然而，sdi接口的光纤传输虽有较好的兼容性，却存在两个常见问题。

一个问题是：sdi接口的光纤传输，在接收端容易出现画面黑屏，虽在瞬间会恢复正常，但极其影响用户体验。其原因是：sdi接口传输的是串行数字分量信号，发送前必须进行一定的编码，sdi接口采用的是不归零反转编码(nrzi编码)，这种编码用nrzi电平的一次翻转来表示data电平的逻辑“0”，与前一个nrzi电平相同的电平来表示data电平的逻辑“1”(翻转代表“0”，不变代表“1”)。nrzi编码本身不能保证信号中不包含长连“0”或长连“1”出现，这很不利于时钟恢复。在传输过程中，当出现长串的连续位(可能连续数千个“0”或连续数千个“1”)就很难确定一位的结束和另一位的开始，此时，接收器就可能会失去同步，不能检测到连续串中“0”的正确个数。

另一个问题是：sdi接口的光纤传输的仅支持三种无损视频分辨率：3g-sdi的1080p、hd-sdi的720p、及sd-sdi的pal(720*576p25)或ntsc(720*486p30)。对于一些特定且常用的分辨率，比如1080i，要想通过光纤传输的话，就无法使用sdi信号。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供无损视频传输方法及系统，替代现有的采用sdi接口的光纤传输法，既避免了sdi接口通过光纤传输带来的丢失同步导致显示器黑屏的问题，又避免了sdi接口不支持多种视频分辨率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频信号转换方法，包括：将视频图像的第一视频信号转换成第二视频信号：当检测到所述第一视频信号的场同步信号为高电平时，将所述第二视频信号的帧头信号对应设置为高电平；查找所述场同步信号中的有效数据行，并获取所述有效数据行对应的数据使能信号；当检测到所述数据使能信号为高电平时，将所述第二视频信号的数据有效信号对应设置为高电平；根据所述数据有效信号生成所述第二视频信号的数据信号，其中，所述数据有效信号的高电平对应的数据信号含有视频有效数据；获取所述视频图像的视频信息，据以生成所述第二视频信号的视频信息信号。

于本发明一实施例中，所述视频信息包括：逐/隔行标识、奇/偶帧标识、当前帧有效数据行数、当前帧每行有效数据的像素点数、及当前视频图像每分钟的帧数中的一种或多种组合；所述视频信息信号包括：逐/隔行标识信号、奇/偶帧标识信号、当前帧有效数据行数信号、当前帧每行有效数据的像素点数信号、及当前视频图像每分钟的帧数信号中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：根据以下方式中的一种或多种组合将得到的第二视频信号转换为第三视频信号：方式1)当检测到所述帧头信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一head关键字、及跟在所述head关键字后面的预设数量的视频信息；方式2)当检测到所述数据有效信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一body关键字，并将所述数据有效信号为高电平所对应的视频有效数据设置于所述body关键字的后面；方式3)当检测到所述第二视频信号中的复位信号时，在所述第三视频信号上设置预设时钟数的reset关键字；方式4)在所述第三视频信号除了所述方式1)至3)之外的其他时间上设置idle关键字。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：根据所述第三视频信号生成对应的控制信号，所述控制信号包括：关键字类型标识段、及视频信息/数据类型标识段，其中，所述关键字类型标识段用于表示对应的第三视频信号为所述head关键字、所述body关键字、所述reset关键字、及所述idle关键字中的一种或多种组合，所述视频信息/数据类型标识段用于表示对应的第三视频信号为视频信息或视频有效数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频信号转换方法，包括：根据以下方式中的一种或多种组合将根据上述的视频信号转换方法得到的第三视频信号还原成第二视频信号：方式5)根据检测到的head关键字还原帧头信号，并获取所述head关键字后面的视频信息，据以还原相对应的视频信息信号；方式6)根据检测到的body关键字获取其后面的视频有效数据，并还原与所述视频有效数据相对应的数据有效信号、及数据信号；方式7)根据检测到的reset关键字还原相对应的复位信号；方式8)在检测到除了所述方式5)至7)及idle关键字之外的关键字时，丢弃当前帧，并重新检测head关键字。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：当连续获得的还原后的第三视频信号达到预设数量时，标志视频已稳定输入，且接收侧能稳定接收，之后将收到所述还原后的第三视频信号包含的视频有效数据存入缓存区。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：将得到的第二视频信号还原成第一视频信号：根据所述第二视频信号的视频信息信号还原所述视频图像的视频信息；根据所述第二视频信号的视频信息信号对应生成所述第一视频信号的场同步信号、行同步信号、及数据使能信号；根据生成的所述第一视频信号的数据使能信号，取出所述缓存区中的视频有效数据，还原出所述第一视频信号的场同步信号的有效数据行。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频信号转换系统，包括：转换模块，用于将视频图像的第一视频信号转换成第二视频信号：当检测到所述第一视频信号的场同步信号为高电平时，将所述第二视频信号的帧头信号对应设置为高电平；查找所述场同步信号中的有效数据行，并获取所述有效数据行对应的数据使能信号；当检测到所述数据使能信号为高电平时，将所述第二视频信号的数据有效信号对应设置为高电平；根据所述数据有效信号生成所述第二视频信号的数据信号，其中，所述数据有效信号的高电平对应的数据信号含有视频有效数据；获取所述视频图像的视频信息，据以生成所述第二视频信号的视频信息信号。

于本发明一实施例中，所述系统还包括：编码模块，用于根据以下方式中的一种或多种组合将得到的第二视频信号转换为第三视频信号：方式1)当检测到所述帧头信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一head关键字、及跟在所述head关键字后面的预设数量的视频信息；方式2)当检测到所述数据有效信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一body关键字，并将所述数据有效信号为高电平所对应的视频有效数据设置于所述body关键字的后面；方式3)当检测到所述第二视频信号中的复位信号时，在所述第三视频信号上设置预设时钟数的reset关键字；方式4)在所述第三视频信号除了所述方式1)至3)之外的其他时间上设置idle关键字。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频信号转换系统，包括：解码模块，用于根据以下方式中的一种或多种组合将根据上述的视频信号转换系统得到的第三视频信号还原成第二视频信号：方式5)根据检测到的head关键字还原帧头信号，并获取所述head关键字后面的视频信息，据以还原相对应的视频信息信号；方式6)根据检测到的body关键字获取其后面的视频有效数据，并还原与所述视频有效数据相对应的数据有效信号、及数据信号；方式7)根据检测到的reset关键字还原相对应的复位信号；方式8)在检测到除了所述方式5)至7)及idle关键字之外的关键字时，丢弃当前帧，并重新检测head关键字。

于本发明一实施例中，所述系统还包括：转换模块，用于将得到的第二视频信号还原成第一视频信号：根据所述第二视频信号的视频信息信号还原所述视频图像的视频信息；根据所述第二视频信号的视频信息信号对应生成所述第一视频信号的场同步信号、行同步信号、及数据使能信号；根据生成的所述第一视频信号的数据使能信号，取出所述缓存区中的视频有效数据，还原出所述第一视频信号的场同步信号的有效数据行。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频信号转换装置，包括：如上所述的视频信号转换系统、和/或如上所述的视频信号转换系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种视频处理装置，包括：包括如上所述的视频信号转换系统的第一装置、及包括如上所述的视频信号转换系统的第二装置，所述第一装置和所述第二装置通过光纤连接。

如上所述，本发明的视频信号转换方法及系统，通过私有协议将通用视频接口接收到的视频信号经过编码后传输，再经过解码后显示，解决了sdi接口不支持的分辨率的视频传输的问题，也避免了sdi接口通过光纤传输带来的丢失同步造成显示器黑屏的问题。

附图说明

图1显示为本发明一实施例的硬件架构示意图。

图2显示为本发明一实施例的视频发送端的视频信号转换方法流程图。

图3显示为本发明另一实施例的视频发送端的视频信号转换方法的举例图。

图4显示为本发明另一实施例的视频发送端的视频信号转换方法的举例图。

图5显示为本发明一实施例的视频接收端的视频信号转换方法流程图。

图6显示为本发明一实施例的视频发送端的视频信号转换系统模块图。

图7显示为本发明一实施例的视频接收端的视频信号转换系统模块图。

图8显示为本发明一实施例的视频信号转换装置示意图。

元件标号说明

6视频信号转换系统

601转换模块

602编码模块

7视频信号转换系统

701解码模块

702转换模块

8视频信号转换装置

s101～s105步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供视频信号转换方法，应用于例如图1所示的硬件架构中，该硬件架构接收由摄像头等视频采集设备发送来的视频图像，经过对视频图像的视频信号进行处理后，再发送至显示器等显示设备进行显示。优选的，高速串行收发模块采用基于8b10b的高速串行收发模块(调用xilinxip，xilinx为知名fpga芯片生成厂商，ip是指经xilinx测试满足特定功能的模块，可免费或付费地提供给fpga芯片用户使用)。

本发明提供一种视频信号转换方法，用于图1中的通用视频接口(输入)模块，目的在于将摄像头等设备采集到的视频图像的通用视频接口时序转换为私有视频接口时序，在这里也即是将第一视频信号转换成第二视频信号。

除了都有的时序信号，通用视频接口一般包含有：场同步信号video_vsync、行同步信号video_hsync、有效数据使能信号video_de、视频数据video_data；私有视频接口一般含有：帧头信号tx_lval_1st、数据有效信号tx_dval、数据信号tx_data、视频信息信号，其中，视频信息信号主要包括：逐/隔行标识信号tx_field_en、奇/偶帧标识信号tx_field_flg、当前帧有效数据行数信号line_num、当前帧每行有效数据的像素点数信号pixl_num、当前视频图像每分钟的帧数信号frame_rate。

需要说明的是，奇/偶帧标识信号tx_field_flg通过i²c接口读取自hdmi采集芯片(例如ad9880)内部寄存器，可以设定：tx_field_en＝1’b0(低电平)，表示当前帧为逐行扫描画像，tx_field_en＝1’b1(高电平)，表示当前帧为隔行扫描画像。在当前视频为隔行扫描的时候，奇/偶帧标识信号tx_field_flg标志当前帧是奇还是偶，可以设定：tx_field_flg＝1’b0(低电平)，表示当前帧为偶数帧，tx_field_flg＝1’b1(高电平)，表示当前帧为奇数帧。

请参阅图2，具体的，所述方法主要包括如下步骤：

步骤s101：当检测到所述第一视频信号的场同步信号为高电平时，将所述第二视频信号的帧头信号对应设置为高电平；

步骤s102：查找所述场同步信号中的有效数据行，并获取所述有效数据行对应的数据使能信号；

步骤s103：当检测到所述数据使能信号为高电平时，将所述第二视频信号的数据有效信号对应设置为高电平；

步骤s104：根据所述数据有效信号生成所述第二视频信号的数据信号，其中，所述数据有效信号的高电平对应的数据信号含有视频有效数据；

步骤s105：获取所述视频图像的视频信息，据以生成所述第二视频信号的视频信息信号，其中，所述视频信息包括：逐/隔行标识、奇/偶帧标识、当前帧有效数据行数、当前帧每行有效数据的像素点数、当前视频图像每分钟的帧数等。

图3以1080p60为例说明了通用视频接口转化到私有视频接口的时序图。详细的：一帧画像有1125行，video_vsync宽度为5行，其前面有4个无效行，后面有36个无效行，其余1080行为有效数据；每一行有2200个时钟，时钟频率为148.5mhz，video_hsync宽度为44个时钟，其前面有88个时钟，后面有148个时钟，其余1920个时钟为有效数据所在时钟。需要特殊说明的是，如果是隔行扫描，例如：1080i60，行有效像素点数、帧内有效行数、帧率这三个参数与1080p60相同，即line_num＝1080，实际上帧内有效行数减半为540行，但这里表示的是奇偶插帧后的行数。

进一步地，所述方法还包括：利用图1中的私有协议编码模块对所述第二视频信号进行编码，以生成第三视频信号，具体根据以下方式中的一种或多种组合：

方式1)当检测到所述帧头信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一head关键字、及跟在所述head关键字后面的预设数量的视频信息；

方式2)当检测到所述数据有效信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一body关键字，并将所述数据有效信号为高电平所对应的视频有效数据设置于所述body关键字的后面；

方式3)当检测到所述第二视频信号中的复位信号时，在所述第三视频信号上设置预设时钟数的reset关键字；

方式4)在所述第三视频信号除了所述方式1)至3)之外的其他时间上设置idle关键字。

举个例子，如图4所示，可以设定方式1)至4)中的几个关键字：

c_head_k＝16'h01bc；c_body_k＝16'h02bc；

c_rst_k＝16'h03bc；c_idle_k＝16'h00bc。

当检测到第二视频信号的帧头信号，且所述帧头信号为高电平时，在所述第三视频信号gt_txd上设置一head关键字(01bc)，并且，在01bc关键字后面的预设数量的视频信息，假设：视频信息tx_filed_en、pixl_num[11:0](0～11位)、line_num[11:0]、tx_filed_flg、frame_rate一共33bit，gt_txd位宽16bit(数据的位宽按rgb、yvu不同格式从16bit到36bit不等，在此采用yuv422格式，数据位宽为16bit)，所以需要三个时钟完成传输，每个时钟传输的帧头信息分配为：

head_0[0]＝tx_filed_en；

head_1[15:4]＝pixl_num；

head_1[3:0]＝line_num[11:8]；

head_2[15:8]＝line_num[7:0]；

head_2[7]＝tx_filed_flg；

head_2[6:0]＝frame_rate.

当检测到第二视频信号的数据有效信号，且所述数据有效信号为高电平时，在gt_txd上设置一body关键字(02bc)，并将所述数据有效信号为高电平所对应的视频有效数据validdata设置于02bc关键字的后面，这里validdata是1920个clock。图4中没有涉及到复位信号，若检测到，则可以发出2048个时钟的reset关键字(03bc)，最后，将其他的任意时间以idle关键字(00bc)填充，保证gt_txd不间断。

特别的，由于这里的四大关键字head、body、reset、idle的赋值为十六进制数，为了能够区别gt_txd上的各时钟对应的是关键字还是有效数据，还可以进一步生成一控制信号gt_txc与之对应，所述控制信号包括：用于表示对应的第三视频信号为所述head关键字、所述body关键字、所述reset关键字、及所述idle关键字中的一种或多种组合的关键字类型标识段，以及，用于表示对应的第三视频信号为视频信息或视频有效数据的视频信息/数据类型标识段。例如，图4中，gt_txc的2’b01段为关键字类型标识段，与其同时钟下的gt_txd信号内容为关键字，同理，gt_txc的2’b00段为视频信息/数据类型标识段，与其同时钟下的gt_txd信号内容为视频信息或视频有效数据。

经以上方法得到的第三视频信号，可以通过图1中的视频发送端的高速串行收发模块进行传输，该模块可以通过调用xilinxgtxip核或lattice的pcsip核，将第三视频信号进行8b10b编码后，以500mb/s～12.5gb/s的速率通过光纤发送出去，以1080p60/yuv422为例，发送速率则为：148.5mhz*16bit*10/8＝2.9gb/s。视频接收端的高速串行收发模块在进行8b10b解码后，发送给私有协议解码模块。

请参阅图5，本发明还提供另一种视频信号转换方法，用于图1中的私有协议解码模块将上述的第三视频信号解码成第二视频信号，其原理可以看作是上述视频信号转换方法的逆过程，根据上述的方式1)～4)选择采用以下方式中的一种或多种组合：

方式5)根据检测到的head关键字还原帧头信号，并获取所述head关键字后面的视频信息，据以还原相对应的视频信息信号，也就是说，head关键字表示一帧的开始，此时提取视频分辨率等信息；

方式6)根据检测到的body关键字获取其后面的视频有效数据，并还原与所述视频有效数据相对应的数据有效信号、及数据信号，也就是说，body关键字表示一行的开始；

方式7)根据检测到的reset关键字还原相对应的复位信号，也就是说，reset关键字表示第三视频信号的中断；

方式8)在检测到除了所述方式5)至7)及idle关键字之外的关键字时，丢弃当前帧，并重新检测head关键字，也就是说，此时串行接口接收有误，当前帧丢掉，重新检测帧头标志head关键字。

在一实施例中，当连续获得的还原后的第三视频信号达到预设数量时，标志视频已稳定输入，且接收侧能稳定接收，之后将收到所述还原后的第三视频信号包含的视频有效数据存入缓存区。例如，连续收到8个正常帧，即每行像素数，每帧行数与帧头信息相符，就开始将有效画像数据存入缓存区。

进一步地，还包括：图1中的通用视频接口(输出)模块将得到的第二视频信号还原成第一视频信号，以供还原相应的通用视频时序，再从数据缓存区中取出有效画像数据一起发送给显示设备得以显示，具体的：

1)根据所述第二视频信号的视频信息信号还原所述视频图像的视频信息；

2)根据所述第二视频信号的视频信息信号对应生成所述第一视频信号的场同步信号、行同步信号、及数据使能信号；

3)根据生成的所述第一视频信号的数据使能信号，取出所述缓存区中的视频有效数据，还原出所述第一视频信号的场同步信号的有效数据行。

请参阅图6，与上述方法原理相似的是，本发明提供一种视频信号转换系统6，优选为搭载在图1中视频发送端的软件实现。由于上述方法实施例中的技术特征可以用于本系统实施例，因而不再重复赘述。系统6包括：用于将视频图像的第一视频信号转换成第二视频信号的转换模块601：当检测到所述第一视频信号的场同步信号为高电平时，将所述第二视频信号的帧头信号对应设置为高电平；查找所述场同步信号中的有效数据行，并获取所述有效数据行对应的数据使能信号；当检测到所述数据使能信号为高电平时，将所述第二视频信号的数据有效信号对应设置为高电平；根据所述数据有效信号生成所述第二视频信号的数据信号，其中，所述数据有效信号的高电平对应的数据信号含有视频有效数据；获取所述视频图像的视频信息，据以生成所述第二视频信号的视频信息信号。

在一实施例中，所述系统6还包括：用于根据以下方式中的一种或多种组合将得到的第二视频信号转换为第三视频信号的编码模块602：方式1)当检测到所述帧头信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一head关键字、及跟在所述head关键字后面的预设数量的视频信息；方式2)当检测到所述数据有效信号为高电平时，在所述第三视频信号上设置一body关键字，并将所述数据有效信号为高电平所对应的视频有效数据设置于所述body关键字的后面；方式3)当检测到所述第二视频信号中的复位信号时，在所述第三视频信号上设置预设时钟数的reset关键字；方式4)在所述第三视频信号除了所述方式1)至3)之外的其他时间上设置idle关键字。

请参阅图7，与上述方法原理相似的是，本发明提供另一种视频信号转换系统7，优选为搭载在图1中视频接收端的软件实现。由于上述方法实施例中的技术特征可以用于本系统实施例，因而不再重复赘述。系统7包括：用于根据以下方式中的一种或多种组合将根据上述的视频信号转换系统得到的第三视频信号还原成第二视频信号的解码模块701：方式5)根据检测到的head关键字还原帧头信号，并获取所述head关键字后面的视频信息，据以还原相对应的视频信息信号；方式6)根据检测到的body关键字获取其后面的视频有效数据，并还原与所述视频有效数据相对应的数据有效信号、及数据信号；方式7)根据检测到的reset关键字还原相对应的复位信号；方式8)在检测到除了所述方式5)至7)及idle关键字之外的关键字时，丢弃当前帧，并重新检测head关键字。

在一实施例中，所述系统7还包括：用于将得到的第二视频信号还原成第一视频信号的转换模块702：根据所述第二视频信号的视频信息信号还原所述视频图像的视频信息；根据所述第二视频信号的视频信息信号对应生成所述第一视频信号的场同步信号、行同步信号、及数据使能信号；

根据生成的所述第一视频信号的数据使能信号，取出所述缓存区中的视频有效数据，还原出所述第一视频信号的场同步信号的有效数据行。

请参阅图8，与上述方法、系统实施例原理相似的是，本发明提供一种视频信号转换装置8，搭载有视频信号转换系统6、和/或视频信号转换系统7。由于前述实施例中的技术特征可以应用于本装置实施例，因而不再重复赘述。

请参阅图1，与上述方法、系统、装置实施例原理相似的是，本发明提供一种视频处理装置，包括：搭载有包括视频信号转换系统6的视频发送端、及搭载有视频信号转换系统7的视频接收端，视频发送端和视频接收端通过高速串行收发模块和光纤连接，其中，视频发送端的解码模块可以选用orc200视频解码卡，解码方法可以用在ftd100光纤转dvi转换盒上。优选的，通用视频接口(输入)模块搭载有转换模块601，私有协议编码模块搭载有编码模块602，私有协议解码模块搭载有解码模块701，通用视频接口(输出)模块搭载有转换模块702。

综上所述，本发明的视频信号转换方法及系统，有利于兼容不同视频设备的输入信号，以进行显示，经长时间测试，应用于数字一体化手术室中，画质清晰、无闪烁黑屏现象，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。