CN101883273B - 数字信号分解时的同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了数字信号分解时的同步方法，该方法包括：分解处理器接收复用处理器发送的复用视频数据流，解析出数据包的包头，将后续有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的先进先出FIFO缓存中；在所述写入之前，该方法还包括：确定对应FIFO缓存的写端长度wrusedw，根据所述wrusedw满足的范围值，设置将数据从FIFO缓存输出的不同频率。本发明方案能够使空中复用处理器接收视频数据的频率与分解处理器输出视频数据的频率趋于同步。

Description

数字信号分解时的同步方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术，尤其涉及数字信号分解时的同步方法。

背景技术

参见图1，为现有技术中数字信号复用分解的系统结构示意图，这里以数字信号复用分解系统具体为车载系留气球检测系统进行举例说明，该车载系留气球检测系统通过设置在空中的车载系留气球和设置在地面的分解处理器实现对地面信息的监测。

具体地，通过设置在车载系留气球上的红外摄像机对地面信息进行红外摄像，获取红外载荷，将红外载荷以27MHz的频率传送给车载系留气球中的复用处理器；同时，还通过车载系留气球上的高光谱摄像机对地面信息进行高光谱摄像，获取高光谱载荷，将高光谱载荷以27MHz的频率传送给复用处理器；然后，复用处理器再对获取的红外载荷和高光谱载荷进行复用；将复用视频数据流经设置在车载系留气球上的光端机透传到地面上的分解处理器。复用处理器在进行复用时，为每个数据包设置包头，将关于红外载荷和高光谱载荷的有效数据置于包头后构成数据包。

分解处理器接收车载系留气球发送的复用视频数据流，对数据包进行解析，解析出数据包的包头，将包头后续的有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的先进先出(FIFO，First In First Out)缓存中，具体地，将关于红外载荷的有效数据写入到存储红外载荷的FIFO缓存中，将关于高光谱数据写入到存储高光谱数据的FIFO缓存中。然后，分解处理器将相应FIFO缓存中的数据以27MHz的频率输出，具体地，将红外数据和高光谱数据分别输出到各自对应的监视器。将FIFO缓存中的数据以27MHz的频率输出，是为了保持与车载系留气球中复用数据器接收数据时的频率同步。

本发明在数字信号复用分解时可采用时分复用方法。复用处理器在每行视频数据(逐行倒相制式(PAL，Phase Alternating Linebyline)格式为1728字节)的头部加上包头，尾部加上循环冗余校验(CRC，Cyclic RedundancyCheck)16校验；地面的分解处理器进行分解时在行上沿认为一个新的数据到来，进行解析并分发送出去。在车载系留气球监测系统实现方案中，使用现场可编程门列阵(FPGA，Field-Programmable Gate Array)芯片实现复用和分解的逻辑控制，利用片内M4kbits随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)组成的FIFO缓存实现对输入输出数据的缓冲。利用FPGA逻辑具有并发执行的特点，可同时捕获两路视频数据，当捕获到行同步信号的上升沿则记录此时FIFO缓存内数据的长度，并置数据有效标志位；复用时顺序判断红外FIFO缓存数据有效标志位、高光谱FIFO缓存数据有效标志位，如果标志位置位，则以58.5MHz的复用频率读出指定长度的数据，并添加包头、包尾输出。

需要说明的是，进行复用的视频数据可以根据实际情况设定，不仅限于红外载荷和高光谱载荷的组合；例如，还可以包括遥测数据。并且，车载系留气球监测只是数字信号复用分解的一个实施例，本发明涉及的数字信号复用分解方案还包括其他类似进行视频数据处理的情况。

在实际应用中发现，由于空中的复用处理器硬件本身等客观环境原因，会导致复用处理器不以27MHz的频率接收红外载荷、高光谱载荷，而以高于或低于27MHz的频率接收；并且，由于地面的分解处理器硬件本身等客观环境原因，也会导致分解处理器不以27MHz的频率输出红外载荷、高光谱载荷，而以高于或低于27MHz的频率输出；这样，将出现复用处理器接收数据流的频率与分解处理器输出数据流的频率有所偏差，使数据流不同步，导致视频数据丢失或视频数据空频，具体地：若分解处理器输出数据流的频率低于复用处理器接收数据流的频率，将导致视频数据丢失，若分解处理器输出数据流的频率高于复用处理器接收数据流的频率，将出现视频数据空频的现象。

根据视频数据流的特点，要求车载系留气球上复用前的视频数据流，与地面分解后的视频数据流具有同步性，不允许出现数据流中断或阻塞的情况，以避免监视器中视频图像闪烁。由于球上的视频流时钟频率并没有透传到地面，置于地面的分解处理器无法获知球上的视频流时钟频率，因此，需采用一种合理的同步方案，来协调球上时钟和地面时钟视频间的误差；然而，现有技术中没有提供这样的同步方案，不能实现数字信号分解时的同步。

发明内容

本发明提供一种数字信号分解时的同步方法，该方法能够使分解处理器输出视频数据的频率与复用处理器接收视频数据的频率趋于同步。

一种数字信号分解时的同步方法，该方法包括：分解处理器接收复用处理器发送的复用视频数据流，解析出数据包的包头，将后续有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的FIFO缓存中；在所述写入之前，该方法还包括：

分解处理器确定对应FIFO缓存的写端长度(wrusedw)；

分解处理器根据所述wrusedw满足的范围值，设置将数据从FIFO缓存输出的频率，具体包括：如果满足wrusedw＞1728×4，则清除FIFO缓存，如果满足1728×3＜wrusedw＜1728×4，则将输出频率设置为27.3±0.05MHz，如果满足1728×1＜wrusedw＜1728×3，则将输出频率设置为27MHz，如果满足wrusedw＜1728×1，则将输出频率设置为26.590909±0.05MHz。

从上述方案可以看出，本发明中，分解处理器在写入数据之前，根据FIFO缓存的wrusedw设置不同的输出频率，以使分解处理器的输出频率与复用处理器接收视频数据的频率趋于一致，从而，使分解处理器输出视频数据的频率与复用处理器接收视频数据的频率趋于同步，避免了视频数据丢失或出现视频数据空频的现象。

附图说明

图1为现有技术中车载系留气球监测系统的结构示意图；

图2为本发明数字信号分解时的同步方法流程图；

图3为本发明动态分频因子的时序图。

具体实施方式

现有数据信号复用分解的应用中，复用处理器以27MHz的频率接收视频数据流，对接收到的视频数据流进行复用，将复用后的视频数据流以58.5MHz的频率传送给分解处理器；分解处理器接收复用处理器发送的复用视频数据流，以27MHz的频率将FIFO缓存中的数据输出，并且解析出接收到的数据包的包头，将后续有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的FIFO缓存中。

由于空中的复用处理器硬件本身等客观环境原因，会导致复用处理器不以27MHz的频率接收红外载荷、高光谱载荷，而以高于或低于27MHz的频率接收；并且，由于地面的分解处理器硬件本身等客观环境原因，也会导致分解处理器不以27MHz的频率输出红外载荷、高光谱载荷，而以高于或低于27MHz的频率输出；这样，将出现复用处理器接收数据流的频率与分解处理器输出数据流的频率有所偏差，使数据流不同步，导致视频数据丢失或视频数据空频，具体地：若分解处理器输出数据流的频率低于复用处理器接收数据流的频率，将导致视频数据丢失，若分解处理器输出数据流的频率高于复用处理器接收数据流的频率，将出现视频数据空频的现象。

本发明在数字信号复用分解时可采用时分复用方法。复用处理器在每行视频数据(PAL格式为1728字节)的头部加上包头，尾部加上CRC16校验；地面的分解处理器进行分解时在行上沿认为一个新的数据到来，进行解析并分发送出去。在车载系留气球监测系统实现方案中，使用FPGA芯片实现复用和分解的逻辑控制，利用片内M4kbits RAM组成的FIFO缓存实现对输入输出数据的缓冲。利用FPGA逻辑具有并发执行的特点，可同时捕获两路视频数据，当捕获到行同步信号的上升沿则记录此时FIFO缓存内数据的长度，并置数据有效标志位；复用时顺序判断红外FIFO缓存数据有效标志位、高光谱FIFO缓存数据有效标志位，如果标志位置位，则以58.5MHz的复用频率读出指定长度的数据，并添加包头、包尾输出。

本发明提供的数字信号分解时的同步方法中，分解处理器接收复用处理器发送的复用视频数据流，解析出数据包的包头，将后续有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的先进先出FIFO缓存中；在将有效数据写入对应的FIFO缓存之前，该方法还包括图2所示的步骤：

步骤201，确定写入对应FIFO缓存的wrusedw。

FIFO缓存中已经存储的视频数据的大小，也就是FIFO缓存的wrusedw；将数据包中的有效数据写入对应的FIFO缓存之前，需要将FIFO缓存中的视频数据清除或输出。

步骤202，根据FIFO缓存的wrusedw所满足的范围值，设置将数据从FIFO缓存输出的频率。

分解处理器接收复用处理器以58.5MHz的频率发送的复用视频数据流后，对其进行近似二分频处理，采用处理后的频率将视频数据输出FIFO缓存；在标准中，处理后的频率为27MHz，此时的动态分频因子(dynamic_div)为13。图3的58.5MHz时序图中标出了dynamic_div为13的指示，可以看出，在27MHz时序图中，与58.5MHz中第13个时钟近似对应的时钟序号是：12÷2＝6。这样，便可以计算出对58.5MHz分频后的频率：

通过对实际应用的多次统计，本发明得出根据FIFO缓存的wrusedw设置不同输出频率的具体方案：

1)若满足wrusedw＞1728×4，FIFO缓存中的数据太满，与分解处理器相连的监视器来不及显示接收到的视频数据，则清除FIFO缓存中的视频数据，即输出频率为0。

2)若满足1728×3＜wrusedw＜1728×4，复用处理器接收视频数据的频率大于分解处理器输出数据的频率，与分解处理器相连的监视器不能完整显示由FIFO缓存输出的视频数据，常出现数据丢失的情况，则将此时的输出频率范围设置为27.3±0.05MHz。

将此时的dynamic_div设为15，即图3的58.5MHz时序图中用箭头标注出的第15个时钟处；可以看出，在27MHz时序图中，与58.5MHz中第15个时钟近似对应的时钟序号是：14÷2＝7。这样，便可以计算出对58.5MHz分频后的频率：

将此时的频率范围设置为：27.3±0.05MHz。

3)若满足1728×1＜wrusedw＜1728×3，监视器能够正常显示由FIFO缓存输出的视频数据，则将输出频率设置为27MHz。

4)若满足wrusedw＜1728×1，常出现空频现象，监视器出现显示无视频图像的情况，则将输出频率范围设置为26.590909±0.05MHz。

将此时的dynamic_div设为11，即图3的58.5MHz时序图中用箭头标注的第11个时钟处；可以看出，在27MHz时序图中，与58.5MHz中第11个时钟近似对应的时钟序号是：10÷2＝5。这样，便可以计算出对58.5MHz分频后的频率：将此时的频率范围设置为：26.590909±0.05MHz。

确定输出频率后，分解处理器将时钟频率调到确定的该输出频率，以调整后的频率，将FIFO缓存中的视频数据输出。

本发明方案中，分解处理器在将有效数据写入对应的FIFO缓存之前，根据FIFO缓存的wrusedw设置不同的输出频率，以使分解处理器的输出频率与空中的复用处理器接收视频数据的频率趋于一致，实现分解处理器输出视频数据的频率与空中复用处理器接收视频数据的频率的同步，从而，避免视频数据丢失或视频数据空频。

采用本发明方案得到的输出频率的允许误差范围为+1.11～-1.51％，这足以满足复用处理器接收视频流的时钟频率与地面分解处理器输出视频流的时钟频率之间的+3～-3％的误差。

并且，经过高低温试验，采用本发明方案的数据复用分解系统可以在-20～+70℃的温度范围内正常工作。经长时间使用，该系统能够适应室外500米高空环境，可以稳定可靠的工作，地面的监视器没有发现视频图像闪烁或中断等异常现象。

本发明方案的优点在于确保了视频数据流的完整性，在频率误差范围内，不会发生丢数据的情况；而且通过调整“动态调节分频因子”还可以放宽频率的误差允许范围。另外，该方案占用的RAM资源比较少，仅使用实现分解处理器的FPGA片内的RAM就足够了，节约了系统成本，有利于提高系统稳定性和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种数字信号分解时的同步方法，该方法包括：复用处理器接收视频数据流，对接收到的视频数据流进行复用，将复用后的视频数据流以58.5MHz的频率传送给分解处理器；分解处理器接收复用处理器发送的复用视频数据流，解析出数据包的包头，将后续有效数据以58.5MHz的复用频率，写入到对应的先进先出FIFO缓存中；其特征在于，在所述写入之前，该方法还包括：

分解处理器确定对应FIFO缓存的写端长度wrusedw；

分解处理器根据所述wrusedw满足的范围值，设置将数据从FIFO缓存输出的频率，实现分解处理器输出数据的频率与复用处理器接收数据的频率同步，具体包括：如果满足wrusedw>1728×4，则清除FIFO缓存，如果满足1728×3<wrusedw<1728×4，则将输出频率设置为27.3±0.05MHz，如果满足1728×1<wrusedw<1728×3，则将输出频率设置为27MHz，如果满足wrusedw<1728×1，则将输出频率设置为26.590909±0.05MHz。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当满足1728×3<wrusedw<1728×4时，将动态分频因子dynamic_div设置为15；当满足1728×1<wrusedw<1728×3时，将dynamic_div设置为13；当满足wrusedw<1728×1时，将dynamic_div设置为11。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述有效数据包括红外载荷和高光谱载荷。

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