一种高清无压缩视频的无线传输收发系统的制作方法

1.本实用新型涉及视频传输及无线通信技术领域，具体涉及一种高清无压缩视频的无线传输收发系统。


背景技术：

2.近年来，各种高清视频高速传输的需求不断涌现，用户对高清电影电视业务质量要求越来越高，无压缩或压缩率低的高清电视信号传输的需求同时也日益增多。无压缩的高清视频信号流数据率很高，通常采用有线传输的手段，无线传输目前还仍受限于无压缩视频传输所需的数据率要求。比如目前较为常见的已商用化的全高清(full
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hd)的无压缩数据率为1920x1080(分辨率)x25(帧率)x10(位宽bits)x3(rgb三原色)，即1.56gbps，更高的4k高清分辨率如超高清电视(uhdtv)标准的3840*2160解析度，其无压缩数据率为6.22gbps；而高清3d电影电视点信号速率为上述的两倍即3d
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full
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hd为3.12gbps，3d
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uhdtv为12.44gbps。更有甚者，据国外媒体报道，日本准备使用8k技术转播奥运会，联合国旗下的国际电讯联盟通过以日本nhk电视台所建议的7680x4320解析度作为国际的8k超高画质电视(shv)标准，其位宽比特为12位，帧数为每秒120帧，即分辨率143.32gbps。
3.如此高速率的百吉比特数据传输目前主要依赖于光纤通信，但在一些临时的需要移动的场合，光纤通信就不太能胜任。例如：体育赛事的高清直播，摄像机的位置需要不停地随着运动员而发生变动，因而需要实现从摄像机到电视制作中心的高速视频信号的机动传送。这样的应用场合很难做到临时铺设光纤线路，而传统的微波点对点通信设备又不能支持几吉比特每秒甚至上百吉比特每秒的数据传输速率，上述问题亟待解决，为此，提出一种高清无压缩视频的无线传输收发系统。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决有线通信或微波通信难以胜任的无压缩视频传输的问题，提供了一种高清无压缩视频的无线传输收发系统，该系统基于固态半导体器件，采用的为“基带调制解调后二次混频与信号放大”的太赫兹高速单工传输技术路线，能够实现无线传输4k无压缩视频。
5.本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括高清无压缩视频发射单元、高清无压缩视频接收单元；所述高清无压缩视频发射单元包括依次连接的信源采集模块、发射信号处理模块、发射射频链路系统；所述高清无压缩视频接收单元包括依次连接的视频显示模块、接收信号处理模块、接收射频链路系统；所述发射射频链路系统与所述接收射频链路系统通过无线射频信号连接。
6.更进一步地，所述高清无压缩视频发射单元中的信源采集模块包括无压缩视频光学采集器；发射信号处理模块包括发射基带模块、调制模块、太赫兹发射主控模块；太赫兹发射射频链路系统包括完整的太赫兹发射射频链路、发射电源模块、发射天线。
7.更进一步地，所述高清无压缩视频接收单元包括视频显示模块、接收信号处理模
块、太赫兹接收射频链路系统。其中视频显示模块包括无压缩视频显示器；接收信号处理模块包括接收基带模块、解调模块、接收主控模块；太赫兹接收射频链路系统包括完整的太赫兹接收射频链路、接收电源模块、接收天线。
8.更进一步地，发射信号处理模块的输入端与信源采集模块的输出端为sdi接口连接，所述发射信号处理模块的输出端与太赫兹发射射频链路的输入端为sma接口连接。所述发射信号处理模块的输入端与所述信源采集模块的输出端连接，所述发射信号处理模块的输出端与太赫兹发射射频链路系统的输入端连接。
9.更进一步地，接收信号处理模块的输出端与视频显示模块的输入端为hdmi接口连接，所述接收信号处理模块的输入端与太赫兹接收射频链路系统的输出端为sma接口连接，所述太赫兹发射射频链路与太赫兹接收射频链路通过天线无线连接。
10.更进一步地，信源采集模块通过hd
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sdi、3g
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sdi或12g
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sdi协议sdi线缆输出raw格式或prores格式的无压缩原始比特数据流，视频显示模块通过hdmi线缆输入的为视频显示流，通过发射信号处理模块及接收信号处理模块处理后，其格式可不与发射端格式对应，便于视频处理。
11.更进一步地，在太赫兹发射及接收信号处理模块完成基带处理、调制解调通过sma输出的信号均为中频信号。
12.更进一步地，太赫兹发射及接收信号处理模块采用了fpga芯片，fpga芯片可以对高清无压缩信号进行实时处理，从而降低信号处理所带来的延时。
13.更进一步地，太赫兹发射射频链路系统天线口发射射频信号的载波频率为ka波段、e波段、w波段、140ghz、220ghz、340ghz、660ghz。其对应的太赫兹接收射频链路系统天线口接收射频信号的载波频率应与发射端相匹配的ka波段、e波段、w波段、140ghz、220ghz、340ghz、660ghz。
14.更进一步地，在远距离的传输无压缩信号时，搭载卡塞格伦天线后可以显著地提升传输距离；在远距离的传输无压缩信号时，在发射和接收信号处理模块中分别加入信道编码和信道译码单元，包括arq(自动重传请求)、fec(前向纠错码)、hec(混合纠错码)，可以明显提高系统可靠性。
15.本实用新型相比现有技术具有以下优点：将太赫兹宽带无线通信装置与无压缩视频采集装置结合，利用太赫兹通信大带宽、低时延的特性，提高了无压缩视频无线传输时的有效性与可靠性，提供了一种无线传输无压缩视频的可行性技术手段。
附图说明
16.图1是本实用新型实施例中高清无压缩视频发射单元的结构框图；
17.图2是本实用新型实施例中高清无压缩视频接收单元的结构框图；
18.图3是本实用新型实施例中发射信号处理模块内部信号处理技术方案示意图；
19.图4是本实用新型实施例中接收信号处理模块内部信号处理技术方案示意图。
具体实施方式
20.下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限
于下述的实施例。
21.如图1、2所示，本实施例提供了一种技术方案：一种高清无压缩视频的无线传输系统，包括高清无压缩视频发射单元及高清无压缩视频接收单元。所述高清无压缩视频的发射单元包括信源采集模块、太赫兹发射信号处理模块、太赫兹发射射频链路系统。所述高清无压缩视频的接收单元包括视频显示模块、太赫兹接收信号处理模块、太赫兹接收射频链路系统。所述的高清无压缩视频发射单元和高清无压缩视频接收单元之间通过无线射频信号进行传输。
22.高清无压缩视频发射单元的信源采集模块为无压缩视频光学采集器；发射信号处理模块包括发射基带模块、调制模块、发射主控模块；太赫兹发射射频链路系统包括完整的太赫兹发射射频链路、发射电源模块、发射天线。所述高清无压缩视频接收单元的视频显示模块包含无压缩视频显示器；接收信号处理模块包括接收基带模块、解调模块、接收主控模块；太赫兹接收射频链路系统包括完整的太赫兹接收射频链路、接收电源模块、接收天线。
23.其中，发射主控模块、接收主控模块为主控分系统的两个子模块，发射电源模块、接收电源模块为电源分系统的两个子模块。
24.发射信号处理模块的输入端与信源采集模块的输出为sdi接口连接，所述发射信号处理模块的输出端与太赫兹发射射频链路系统的输入端为sma接口连接。接收信号处理模块的输出端与视频显示模块的输入端为hdmi接口连接，所述接收信号处理模块的输入端与太赫兹接收射频链路系统的输出端为sma接口连接，所述太赫兹发射射频链路系统与太赫兹接收射频链路系统通过天线无线连接。
25.太赫兹发射射频链路系统中的发射射频链路在设计上整体考虑。为了进一步降低风险，考虑到发射射频链路的功能、内部频率规划、电路实现难易和可检测性等要素，在具体实现上将发射射频链路打断，分为四个可拆卸的子模块来实现，子模块之间用射频同轴电缆及标准波导接口依次连接，形成一个整体的发射射频链路。因此，太赫兹发射射频链路系统内部的功能模块有频综模块、供电、控制模块、发射射频链路，其中发射射频链路有包含第一级上变频子模块、第二级上变频子模块、功放子模块和发射滤波器四个发射子模块。
26.同样的，太赫兹接收射频链路系统中的接收射频链路也按照这种思路，将接收射频链路打断，分为四个可拆卸的子模块来实现，子模块之间用射频同轴电缆及标准波导接口连接，形成一个整体的接收射频链路。太赫兹接收射频链路系统内部的功能模块有频综模块、供电、控制模块、接收射频链路，其中接收射频链路有包含接收滤波器、w波段低噪放子模块、第一级下变频子模块、第二级下变频子模块四个接收子模块。
27.发射信号处理模块及接收信号处理模块都使用了xilinx公司的xcvu9p与zynq
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7045，在此系统中，xcvu9p主要对高清视频规整、串并变换，并对规整后的每路并行数据进行分段合并、ldpc编码、加扰、组帧、交织；将经过编码组帧等处理后的并行信号进行星座映射与成型滤波，并通过高速jesd204b高速串行接口送入da芯片进行上变频和滤波；具备ddr接口控制单元，利用ddr芯片进行处理过程中必要的高速缓存。zynq
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7045实现的功能如下：运行linux操作系统，具备tcp/ip协议栈，并通过rj45接口与上位机进行连接，用于反馈发射机处理板的各节点状态信息；具备hdmi接口，通过ps接收高清hdmi视频信号，并通过pl端高速gtx接口将视频流信号送入fpga进行后续处理；具备rs422接口，接收上位机的参数配置；通过gpio接口，对fpga处理逻辑进行算法参数配置。且在该系统中，两块fpga都各自配
置了flash芯片。其中，xcvu9p配置了两片flash芯片；zynq
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7045配置两片flash芯片。flash芯片与fpga通过spi或者qpi协议通信。
28.如图3、4所示，在发射信号处理模块中，信源采集模块输入的视频原始比特流信息数据通过sdi传输线送入发射信号处理模块中的fpga芯片中。对于高速通信的数据流处理，受限于fpga/asic器件的工作频率，需要对处理算法采用并行化设计，经过缓存后按照信息数据块(ib)进行m分路，进行并行处理，并具有内部生成测试序列选项。每路的每个信息数据块插入传输帧头(ts)并经过扰码后，送到ldpc编码器；m路编码后的数据送到一个并行化的mqam调制映射与成型滤波模块，生成并行的基带调制数据，内部设计加白噪声数据和生成单载波的选项，可用于设备自检；然后经过fpga的并行转串口高速接口，之前的数字处理功能模块包含调制模块、解调模块、主控模块均在fpga上实现；fpga的高速接口将iq复数据送往中频dac子板；中频dac子板将iq基带数据调谐到要求的中频频率，并转换为模拟信号，送出低频段的信号。
29.在接收信号处理模块中，输入的低频段信号首先进入adc子板，经过中频正交变频采样模块，将中频信号变换为i/q正交的基带信号，并完成iq采样；采样后的iq基带信号进入fpga，经过并行化的成型滤波、帧头捕获、信道均衡、时钟同步和载波同步处理，恢复符号数据；然后再将恢复的符号数据送入n路的ldpc译码解扰器，恢复出信息数据块(ib)；然后经过数据合路模块，输出原始视频比特流信息流到视频显示模块；同时可存储一段接收的信息样本用于自检测试。
30.接收信号处理模块采用中频正交下变频方案的主要考虑是降低adc的采样率和高中频采样的要求，以便在进口adc芯片受到禁运时，采用国产射频器件和adc芯片替代解决，当然由于国内芯片工艺的限制，性能可能略有下降。当然如果接收信号处理模块采用中频直接采样也是非常方便的，只需要选用一款合适采样率的adc芯片即可。同理，如果发端的高速dac芯片受到禁运时，接收信号处理模块将提供可替代的中频上变频方案，便于采用国产射频器件和dac芯片替代解决。
31.采用此技术方案，将高速无压缩的raw格式或prores格式原始比特流视频信号与太赫兹波的载波包括ka波段、e波段、w波段、140ghz、220ghz、340ghz、660ghz频段载波进行调制，使其单块信号处理模块板卡传输最高可达10gbps的信号，最高可支持无压缩的4k、60hz的高清视频信号，以及兼容更低分辨率的1080p、720p高清视频格式。
32.综上所述，该高清无压缩视频的无线传输收发系统，将太赫兹宽带无线通信装置与无压缩视频采集装置结合，利用太赫兹通信大带宽、低时延的特性，提高了无压缩视频无线传输时的有效性与可靠性，提供了一种无线传输无压缩视频的可行性技术手段。
33.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。