CN102088590A - 一种多路实时图像复用传输通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时图像传输方法，特别涉及一种多路实时图像共享同一传输通道的传输方法。该方法是通过提高点频和重新定义现有传输方法中的行同步(H)信号和场同步(V)信号来实现的，当场同步(V)信号为高时，利用行同步(H)信号传送一个串行码，称之为HV编码，用于标识这一周期内传送的图像帧属于哪一路实时图像；当场同步(V)信号为低时，传送由HV编码所标识的实时图像流的一个图像场的所有扫描行。此方法中的行同步(H)信号和场同步(V)信号既可在并行数据线模式下采用专用的连接线传送，亦可将其正向或反向叠加到图像数据线上传送，或者采用串行数据编码方式将行同步(H)信号、场同步(V)信号及图像数据一起编码传送。

Description

一种多路实时图像复用传输通道的方法

技术领域

本发明涉及一种实时图像传输方法，特别涉及一种多路实时图像共享同一传输通道的传输方法。

背景技术

实时图像是指实时电视视频信号或计算机显示输出信号，其基本工作原理是单位时间内实时刷新若干幅图像，一般是利用人眼的视觉暂留现象，每秒至少刷新24幅图像，从而使人看到连续活动图像。

刷新的每一幅图像称为一个图像帧，如果一帧图像一次扫描完成，则称为逐行扫描；如果一帧图像分两次扫描，即第一次仅扫描图像的奇数行，第二次仅扫描图像的偶数行，则称为隔行扫描。图1所示的为一场扫描图像中行同步和场同步信号示意图。图1中(1)为行同步信号，行同步是一个固定频率的脉冲信号，每当行同步的上升沿，图像自最左边的起始点向右扫描显示，当一行图像扫描完后，在行同步的上升沿的触发下自动回到下一行的起始点开始新一行的扫描。图1中(2)场同步信号也是一个固定频率的脉冲信号，图像扫描信号每当遇到场同步的上升沿时，扫描信号会自动回到扫描图像的左上角，开始第一条扫描线的扫描。图1中(7)所示的矩形区域为扫描线所扫描到的区域范围。图1中(8)所示的矩形区域为有效图像范围，只有在这个区域的图像才能够显示出来。

实时图像一行扫描线中的像素点是按一个固定的速率扫描显示的，这个频率称为点频，如图2中(15)所示。扫描线在由一行的终点回到下一行的起始点期间，不能显示图像，称之为行消隐期，如图2中(22)所示。扫描线的尾部也有一段不能显示图像，因而一条扫描线中只有中间部分可以显示有效图像，即图2中(23)所示。

与行扫描类似，在一个场扫描期间，也只是中间一部分扫描线能显示有效图像，如图3中(33)所示。图3中(32)为场消隐期，这一期间的扫描行是不能传送有效图像的。

图2和图3中所示的图像像素信号均采用红绿蓝(RGB)三色来记录颜色的，也可以采用亮度(Y)和色差(Cr和Cb)来描述像素颜色。通常计算机显示输出是传输RGB传送像素的颜色数据，而电视视频图像一般采用YCbCr来传输像素的颜色数据。

现有的传输通道，例如复合视频(CVBS)、S-Video、YPbPr、VGA、DVI和HDMI等信号线，均是采用上述方式传输实时图像的，即均利用行同步和场同步信号逐点扫描传送图像。

根据上述介绍，现有的实时图像传输通道具有以下几个特点：

(1)点频、行同步和场同步均为固定频率的脉冲信号；

(2)一条信号线(即一个通道)只能传送一路实时图像；

(3)行扫描和场扫描期间均有消隐期，不能传送有效图像。

现有的各种实时图像模式中的点频、行同步和场同步这三个信号是有一定的比例关系的，其中点频的一个脉冲周期是这三个信号中最小的时间单位，同时点频是行同步频率的整数倍，这个倍数就是一条扫描线上的像素的个数，而行同步则是场同步频率的整数倍，这个倍数就是一场扫描中扫描线的行数。

通常，行同步脉冲的高位宽度，即图2中(21)，是若干个点频时钟周期宽度，通常为20-300个点频周期宽度。场同步脉冲的高位宽度，即图3中(31)所示，是若干个行同步周期宽度，通常为1-5个行同步周期宽度。

发明内容

为了实现利用现有同一传输通道同时传送多路实时图像，本发明针对上述传输模式做了以下几点改进，即

(1)提高点频，为了实时传输多路实时图像，必须提高图像数据的传输速率；

(2)在场同步脉冲为高时，利用行同步信号传输一个图像场的标识码，称之为HV编码；

(3)在场同步脉冲为低时，传输由HV编码所标识的一场图像中所有的扫描行。

图4中所示的为两路实时图像在同一传输通道中传输的信号时序图。图4中(51)和(52)分别为两路实时图像的中的某一扫描场，经过上述信号调整与改进，点频仍为一固定频率的脉冲信号，但要高于所有传输的多路实时图像的点频之和，而行同步脉冲信号和场同步脉冲信号则不再是固定频率的脉冲信号。改进后的场同步信号，其脉冲高位的宽度为固定值，例如4096个点频脉冲周期，在这一期间利用行同步信号传送二进制数值，例如一个8位的二进制数值，称为HV编码，用于标识这一场周期内传送的图像场属于哪一路实时图像，如图4中(47)和(49)所示。当场同步信号为低时，传送由HV编码所标识的实时图像的某一场的全部扫描行，在此期间，即图4中(55)和(56)所示，在此期间行同步信号的脉冲周期宽度是固定的，与所传输是图像扫描行宽度一样，但由于不同实时图像的扫描线宽度和扫描线行数不同，即图4中(55)和(56)的宽度是不同的。图4中(48)和(50)分别为两路实时图像场中有效图像行的行数，对于不同分辨率的图像，这两个数值也是不同的。

HV编码是一个二进制码，其位数可以根据需要选定，下面以8位二进制数字为例，用于标识这一场同步周期内所传送实时图像属于哪一路，其每一位的定义如表1所示：

表18位HV编码名称定义

位次

第7位

第6位

第5位

第4位

第3位

第2位

第1位

第0位

名称

“1”

S

F4

F3

F2

F1

F0

P

HV编码的第7位为最高位，为二进制的“1”；第6位为S，当S＝“0”时，表示这一路实时视频为逐行扫描，第5位至第1位(F4-F0)为这一路实时图像的标识号；当S＝“1”时，表示这一路实时图像为隔行扫描，第5位至第2位(F4-F1)为这一路实时图像的标识号，而F0＝“0”表示偶数场，F0＝“1”表示奇数场；第0位为最低位，为HV编码的奇偶校验位，如果第1位至第7位这7位二进制值中“1”的个数为奇数，则P＝1，否则P＝0。

HV编码采用行同步信号(H)和场同步信号(V)传送，8位二进制值是在场同步(V)为高是在行同步(H)信号上传送一个归零码的方式表示。场同步(V)信号的高位为固定宽度，例如4096个点频时钟周期，行同步(H)上每一位的宽度为场同步(V)高位宽度的8分之一，例如512个点频时钟周期。图5和图6所示的为两个HV编码传送的时序图事例，其中图5表示一路隔行扫描的场标识号，即标识号为5的偶数场；图6表示一路隔行扫描的场标识号，即标识号为5的奇数场。

利用本发明中所定义的HV编码，就可以实现多路实时图像在同一传输通道内同时传输。HV编码的主要特征是：

(1)将场同步信号(V)脉冲周期划分成两个区域，即当场同步(V)为高时，为HV编码区，行同步信号(H)上传输的是HV编码；当场同步(V)信号为低时，为图像场传输区，此时传输的是一路实时图像中的所有扫描行；

(2)HV编码是当场同步信号(V)为高时，利用行同步信号(H)传送的一个二进制码，此二进制码可根据需要采用不同的位数，例如4位、8位或16位、等等。此码的格式亦可根据需要选择，例如归零码、不归零码、或其他串行编码方式；

(3)当场同步信号(V)为低时，可以将一路实时图像是所有扫描行传送出去，由于不同的实时图像的扫描线宽度不同，扫描线的行数也不同，所以场同步信号(V)为低的区间长度也是不同的。

附图说明

图1说明

图1所示的是一个实时图像的扫描场，图中：(1)行同步信号；(2)场同步信号；(3)行同步脉冲周期宽度；(4)行同步脉冲高位宽度；(5)场同步脉冲周期宽度；(6)场同步脉冲高位宽度；(7)一个图像场的扫描区域；(8)有效图像区域；(9)一场图像扫描的起始点到有效图像的第一点之间的横向像素宽度；(10)一场图像扫描的起始点到有效图像的第一点之间的纵向扫描线行数；(11)有效图像的行宽度；(12)扫描线的行宽度；(13)有效图像的行数；(14)所有扫描线的行数。

图2说明

图2所示的是与一条扫描线相关的信号时序图，图中：(15)点频时钟(CLK)信号；(16)红色(R)数据信号；(17)绿色(G)数据信号；(18)蓝色(B)数据信号；(19)数据有效(DE)信号；(20)行同步(H)信号；(21)行同步(H)脉冲高位宽度；(22)行消隐期宽度；(23)有效图像行宽度；(24)扫描线行位无图像宽度；(25)一个行同步周期宽度。

图3说明

图3所示的是一个场扫描的信号时序图，图中：(26)红色(R)数据信号；(27)绿色(G)数据信号；(28)蓝色(B)数据信号；(29)行同步(H)信号；(30)场同步(V)信号；(31)场同步(V)脉冲高位宽度；(32)场消隐期宽度；(33)有效图像行的行数；(34)一场扫描的尾部无图像行数；(35)一个场同步(V)周期；(36)方框表示一条扫描线内的有效图像数据；(37)直线表示无有效图像数据。

图4说明

图4所示的是利用行同步与场同步编码标识场，图中：(38)红色(R)数据信号；(39)绿色(G)数据信号；(40)蓝色(B)数据信号；(41)行同步(H)信号；(42)场同步(V)信号；(43)第一路实时图像场同步高位时HV编码的一位数据周期；(44)第一路实时图像有效图像行扫描线宽度；(45)第二路实时图像场同步高位时HV编码的一位数据周期；(46)第二路实时图像有效图像行扫描线宽度；(47)第一路实时图像场同步脉冲高位宽度；(48)第一路实时图像有效图像行行数；(49)第二路实时图像场同步脉冲高位宽度；(50)第二路实时图像有效图像行行数；(51)第一路实时图像的一个场传送周期及其HV编码总宽度；(52)第二路实时图像的一个场传送周期及其HV编码总宽度；(53)图像数据信号上方框表示扫描线内的有效图像数据；(54)图像数据信号上直线表示此时的数据无效；(55)第一路实时图像的一个场传送周期；(56)第二路实时图像的一个场传送周期；

图5说明

图5所示的是一个HV编码事例，其二进制值为11010100，表示隔行扫描的偶数场，实时图像标识号为5，图中：(57)本场扫描线宽度；(58)场同步脉冲高位宽度；(59)行同步(H)信号；(60)场同步(V)信号；(61)HV编码脉冲高位宽度；(62)8位HV编码的最高位；(63)8为HV编码的最低位；(64)上一场扫描线宽度；(65)HV编码一位的周期宽度。

图6说明

图6所示的是一个HV编码事例，其二进制值为11010111，表示隔行扫描的奇数场，实时图像的标识号为5，图中：(66)行同步(H)信号；(67)上一场扫描线宽度；(68)HV编码一位的周期宽度；(69)HV编码脉冲高位宽度；(70)本场扫描线宽度；(71)场同步脉冲高位宽度；(72)场同步(V)信号；(73)8位HV编码的最高位；(74)8为HV编码的最低位。

图7说明

图7所示的为多路实时图像共用同一传输通道系统结构图，图中：(75)一路实时图像输入信号；(76)实时图像输入解码芯片；(77)帧缓存图像数据输入信号线；(78)图像帧缓存；(79)帧缓存图像数据输出信号线；(80)一路实时图像解码后的场同步信号；(81)总线控制器对图像缓存的读允许(RD)信号；(82)一路实时图像解码后的行同步信号；(83)总线时钟信号；(84)一路实时图像解码后的点频信号；(85)一路实时图像的输出信号；(86)发送端数据与控制总线；(87)共享通道的时钟信号；(88)共享通道的数据信号；(89)共享通道的场同步(V)信号；(90)共享通道的行同步(H)信号；(91)接收端数据与控制总线；(92)帧缓存图像数据写入数据线；(93)接收端一路图像的帧缓存；(94)一路实时图像输出的点频信号；(95)一路实时图像输出的编码芯片；(96)一路实时图像输出的数据线；(97)接收端数据与控制总线中一路实时图像数据的写允许(WE)信号；(98)接收端数据与控制总线的时钟信号；(99)一路实时图像输出的行同步信号；(100)一路实时图像输出的场同步信号。

图8说明

图8所示的为叠加行同步(H)和场同步(V)后的数据线时序图，图中：(101)红色数据线信号；(102)叠加反向行同步(H)信号后的绿色数据线信号；(103)叠加反向场同步(V)信号后的蓝色数据线信号；(104)反向行同步(H)信号的脉冲低位宽度；(105)反向场同步(V)信号的脉冲低位宽度。

图9说明

图9所示的为采用DVI传输芯片的串行共享传输通道方案，图中：(106)DVI发送芯片；(107)DVI连线中的差分线对；(108)DVI接收芯片。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

由于本发明只是将现有的实时图像传输模式中的行同步信号(H)和场同步信号(V)进行了重新定义和修改，而其他信号，例如色彩数据线，即RGB数据线或YCbCr数据线等信号保持不变，因此本发明所需要的传输通道与现有的传输通道基本相同，可以采用现有实时图像传输线缆，例如VGA线、DVI线或HDMI线进行多路实时图像的传输。

利用本发明所提出的方法传输多路实时图像，与现有传输通道有以下几点不同：

(1)需要更高的点频，通道上为了及时通过所有实时图像数据，该点频至少要高于所有实时图像在传统传输模式下的点频之和；

(2)经本发明改进后的实时图像传输信号的行同步信号(H)和场同步信号(V)与现有的不相同，因而不能采用现有电视机或显示器直接播放。

图7所示的是一个多路实时图像利用同一传输通道进行实时传输的系统构架图。图7中(87)、(88)、(89)和(90)组成一条传输通道，其中(87)为高速点频时钟，(88)为并行图像数据线，(89)为场同步(V)信号，(90)为行同步(H)信号，这一传输通道利用HV编码标识每一场图像，从而能够在这一通道上传输多路实时图像。

图7的左侧所示的为多路实时图像采集与发送处理部分，其中图7中(86)为发送端数据与控制总线，在这个总线逻辑控制下，产生出传输通道所需的行同步(H)信号和场同步(V)信号，并利用这两个信号为每一路实时图像设置出一个HV编码来作为其标识号，多路实时图像帧缓存的图像数据在这组H和V信号的驱动下，依次被发送到传输通道上。每一路实时图像信号都是利用一颗图像解码芯片，例如图7中的(76)，将图像采集到一个帧缓存中，图7中(78)为其中一路实时图像的帧缓存。

图7的右侧所示的为多路实时图像的接收与输出处理部分，其中图7中(91)为接收端数据与控制总线，该总线将接收到的图像帧，利用其HV编码出的标识号存放到相应的帧缓存中去，帧缓存中的图像数据再通过一颗图像编码输出芯片恢复出实时图像流出来。图7中(93)所示的为一路实时图像的帧缓存，图7中(95)为一路实时图像编码输出芯片。

图7所示的传输通道由于采用并行数据线，其连线较多，一般只能用于印刷电路板内部的芯片之间的连接。对于印刷线路板之间或机箱直接的连接，则需要进一步处理来降低连接线的数目，其中一个办法就是将行同步(H)信号和场同步(V)信号叠加到数据线上，由图2、图3和图4可以看出，行同步(H)信号和场同步(V)信号在时间上与图像数据信号是不重叠的，因而是可以将H和V信号叠加到图像数据线上的，例如有些VGA线和YPbPr线就是利用这种方法来减少H和V信号线的。叠加时一般是先将行同步(H)信号和场同步(V)信号进行反向，然后在叠加到图像数据线上，图8所示的就是叠加了反向行同步(H)信号和反向场同步(V)信号的实时图像信号时序图。

减少连接线的另一个办法就是利用高速差分信号传输串行数据，例如DVI和HDMI就是采用这种办法传输实时图像流的，只需要4个差分线对。对于图7所示的多路实时图像传输方案，只需在发送端和接收端分别接入一颗DVI发送与接收芯片，就可将图7所示的并行连接方案改成由4对差分线对连接的串行方案，如图9所示。

目前HDMI收发芯片的传输速率可以做到330MHz的点频，而一路标清的电视视频图像的点频是27MHz，如果采用图9所示的方案，在一条HDMI连接线上可以传送12路标清电视信号。而对于高清电视信号的点频是74.25MHz，若采用图9所示的方案，一条HDMI连接线可以同时传输4路高清电视信号。

Claims (7)

1.一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法可以实现多路实时图像共享同一传输通道，利用同一传输通道同时传输多路实时图像。

2.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法是通过重新定义现有传输方法中的行同步(H)信号和场同步(V)信号来实现的，新定义出的场同步(V)信号的一个周期分为两部分，即第一部分是在场同步(V)信号为高时，利用行同步(H)信号传送一个串行码，称之为HV编码，用于标识这一周期内传送的图像帧；第二部分是在场同步(V)信号为低时，传送被传输实时图像在其标准传输模式中的一场图像的所有扫描行。

3.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法的数据传输频率较高，该频率至少应高于传输通道内所有实时图像的点频之和。

4.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法中的场同步(V)脉冲信号的高位宽度为一固定值，其时间单位是传输通道的数据时钟周期，在场同步(V)为高时，利用行同步(H)信号传送一个串行二进制数值作为HV编码，HV编码可以采用归零码、不归零码或其他串行编码。此二进制数值的位数可根据需要选择，如4位、8位或16位、等等，HV编码用于标识同一场同步(V)周期内所传送的图像场。

5.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法中的场同步(V)信号为低时将传送由HV编码所标识的实时图像的一个扫描场的所有扫描行，在此期间，行同步(H)信号的脉冲周期是固定的，其脉冲个数与所传送的图像场的扫描线数相同，由于不同实时图像的扫描场内的扫描线宽度不同，扫描线行数也不同，因而场同步(V)脉冲信号的低位宽度是不同的。

6.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法中的行同步(H)信号和场同步(V)信号即可采用专用的信号线传送，亦可将其正向或反向叠加在图像数据线上传送。

7.如权利要求1所述的一种实时图像传输方法，其特征在于：所述的实时图像传输方法中的行同步(H)信号和场同步(V)信号可以采用串行数据编码的方式与串行图像数据一起传送，例如采用DVI信号或HDMI信号方式传送。

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