CN102740061A - 一种高清光端机和多媒体视频数字信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高清光端机和高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，本发明通过发送机中的第一时钟处理单元将多媒体视频数字信号的像素时钟调整到发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内的倍频时钟，进而实现了多媒体视频数字信号的兼容发送，同时第一时钟处理单元产生像素时钟计数值以使得对端接收机可将倍频时钟进行分频处理，以还原多媒体视频数字信号的像素时钟；通过接收机中的第二时钟处理单元获取像素时钟计数值，从该像素时钟计数值得知对端发送机发送串行媒体数据时所采用的倍频时钟，并进行相应的分频处理，进而正确的还原多媒体视频数字信号。本发明实现了高清光端机对不同分辨率图像的多媒体视频数字信号的兼容传输。

Description

一种高清光端机和多媒体视频数字信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种光传输设备，特别涉及一种通过光纤进行远程多媒体视频数字信号传输的高清光端机以及用于该高清光端机上的多媒体视频数字信号处理方法。

背景技术

当前，高清视频已经越来越多的应用到安防监控领域，同标清视频相比，高清视频在画面质量与色彩还原方面有明显的优势。高清光端机采用非压缩等技术，实现数字高清视频、音频、数据等业务的传输。高清光端机可以将计算机、高清摄像机、蓝光播放器等各种高清视频信号源输出设备的各种分辨率的HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口）/DVI（Digital Visual Interface，数字视频接口）高清数字信号、立体声音频、RS422/RS485/RS232（电子工业协会制定的通讯接口）数据等业务通过光纤传输至对端，突破了高清视频信号用电缆传输衰减大、距离短的缺点，大大提高了高清视频的传输距离和使用范围，使得高清视频的广域传播、发布和共享成为可能。

当前高清光端机采用的实现方案主要有以下两种：

1、CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing，粗波分复用器）方案。从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。该方案将HDMI/DVI视频的四组串行数据分别输入到不同波长的光纤中，然后将四种光纤波分复用到一根光纤进行传输，接收端分解出不同波长信号后还原出HDMI/DVI视频的四组串行数据，完成传输。

2、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）方案/SERDES（并串行与串并行转换器）方案。该方案首先发送机使用HDMI/DVI解码芯片或者HDMI/DVI解码模块对HDMI/DVI串行数据进行解码，得到视频的行同步信号、场同步信号、数据有效指示信号以及图像数据等视频信息，然后使用FPGA内部的serdes模块或者专用的SERDES芯片将这些信息统一进行并串转换生成串行数据并通过光纤发送给接收机；接收机将接收的串行数据进行串并转换处理得到视频的行同步信号、场同步信号、数据有效指示信号以及图像数据等视频信息，最后将得到的视频信息发送给HDMI/DVI接口编码芯片或者HDMI/DVI编码模块进行编码。

对于CWDM方案来说，使用此技术可以最大限度的还原视频信息，但所使用的波分复用器件价格较贵，对产品成本影响较大，并且此技术无法实现在必要的时候对图像进行进一步处理，也无法添加额外的音频数据等业务，如要添加则需要另外增加一个波长的光纤，提高产品成本。

与CWDM方案相比，使用FPGA方案/SERDES方案可以对解码后得到的视频数据进行必要的处理，但由于FPGA内部的serdes模块和SERDES芯片都有带宽限制即传输带宽有最低和最高限制，并且serdes模块和SERDES芯片只能选择一种传输带宽范围进行工作，传输带宽范围不能够实时动态调整，而较高分辨率和较低分辨率的图像的传输带宽范围不同，因此较高分辨率和较低分辨率的图像便无法实现兼容传输，限制了产品的应用范围。

例如LATTICE公司的ECP3芯片中的serdes模块有六种数据传输带宽范围可供选择：LOWLOW（低低）、LOW（低）、MEDLOW（中低）、MED（中）、MEDHIGH（中高）、HIGH（高）。对应的传输带宽分别为：150Mbps≤LOWLOW≤230Mbps、230Mbps＜LOW≤450Mbps、450Mbps＜MEDLOW≤0.9Gbps、0.9Gbps＜MED≤1.8Gbps、1.8Gbps＜MEDHIGH≤2.55Gbps、2.55Gbps＜HIGH≤3.2Gbps。分辨率为1024×76860Hz的图像占用的传输带宽约为65Mbps×20=1.3Gbps，属于MED范围，全高清分辨率1920×108060Hz的图像占用的传输带宽约为148.5Mbps×20=2.97Gbps，属于HIGH范围，而serdes模块只能选择一种传输带宽范围进行工作，传输带宽范围不能够实时动态调整，若采用HIGH范围传输全高清分辨率1920×108060Hz的图像，便不能同样采用HIGH范围传输分辨率为1024×76860Hz的图像，在serdes模块设置的同一数据传输带宽范围内，不能实现1920×108060Hz和1024×76860Hz两种分辨率图像的兼容传输，因此限制了产品的应用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高清光端机和高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，以使得不同分辨率图像的多媒体视频数字信号均可通过本发明的高清光端机进行发送与接收，实现高清光端机对不同分辨率图像的多媒体视频数字信号的兼容传输。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高清光端机，包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并发送给对端接收机的发送机，和从对端发送机接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机；其中

所述发送机包括：

解码单元，用于对所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据；

第一时钟处理单元，用于根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元的发送时钟并将其提供给所述并串转换单元，其中，所述像素时钟计数值用于对端接收机产生与所述发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在所述发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内；

帧码生成及信息添加单元，用于生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值、音频数据与所述解析帧码一并通过帧码通道发送给并串转换单元，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；

并串转换单元，用于将所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据发送给对端接收机；

所述接收机包括：

串并转换单元，用于将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据，向第二时钟处理单元提供数据恢复时钟；

帧码及信息解析单元，用于检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据和像素时钟计数值；

第二时钟处理单元，用于根据从所述帧码及信息解析单元获取的像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟并将其提供给所述串并转换单元，从串并转换单元获取数据恢复时钟，根据所述像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟；

编码单元，用于对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

进一步，所述第一时钟处理单元包括：

时钟检测模块，用于根据所述基准时钟和所述像素时钟，产生所述像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值检测出所述像素时钟频率，根据所述像素时钟频率和并串转换单元的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号；

倍频时钟生成模块，用于根据所述像素时钟产生1倍频像素时钟和2倍频像素时钟；

第一时钟选择模块，用于根据所述第一时钟选择信号，择一地选择1倍频像素时钟或者2倍频像素时钟作为所述倍频时钟。

进一步，所述第二时钟处理单元包括：

时钟生成模块，用于根据所述像素时钟计数值产生所述接收参考时钟以及第二时钟选择信号；

时钟分频模块，用于根据所述数据恢复时钟产生1分频恢复时钟和2分频恢复时钟；

第二时钟选择模块，用于根据所述第二时钟选择信号，择一地选择1分频恢复时钟或者2分频恢复时钟作为所述像素时钟。

进一步：

所述发送机还包括：加扰单元，用于在并串转换单元对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换之前，对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行加扰操作。

所述接收机还包括：解扰单元，用于对串并转换单元进行串行-并行转换所生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行解扰操作。

进一步：所述多媒体视频数字信号为高清数字信号或者非高清数字信号，所述倍频时钟为所述像素时钟的1倍频或者2倍频。

进一步：所述多媒体视频数字信号为高清晰度多媒体接口HDMI信号或者数字视频接口DVI信号。

一种高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，所述高清光端机包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并进行发送的发送机，和接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机，其中：

所述发送机的多媒体视频数字信号处理过程为：

将所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据；

根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元的发送时钟，其中，所述像素时钟计数值用于对端接收机产生与所述发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在所述发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内；

生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值、音频数据与所述解析帧码一并通过帧码通道进行发送，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；

将所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据进行发送；

所述接收机的多媒体视频数字信号处理过程为：

将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据；

检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据和像素时钟计数值；

根据所述像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟，并获得数据恢复时钟，根据像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟；

对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

进一步，所述的根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟，具体包括：

根据所述基准时钟和所述像素时钟，产生所述像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值检测出所述像素时钟频率，根据所述像素时钟频率和并串转换单元的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号；

根据所述像素时钟产生1倍频像素时钟和2倍频像素时钟；

根据所述第一时钟选择信号，择一地选择1倍频像素时钟或者2倍频像素时钟作为所述倍频时钟。

进一步，所述的根据像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟包括：

根据所述数据恢复时钟产生1分频恢复时钟和2分频恢复时钟；

根据所述像素时钟计数值产生第二时钟选择信号；

根据所述第二时钟选择信号，择一地选择1分频恢复时钟或者2分频恢复时钟作为所述像素时钟。

从上述方案可以看出，本发明提供的高清光端机和高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法中：发送机通过第一时钟处理单元将多媒体视频数字信号的像素时钟调整到发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内的倍频时钟，从而可使原有像素时钟与并串转换单元的有效带宽不兼容的多媒体视频数字信号在经过并串转换单元时可与并串转换单元兼容，进而实现了多媒体视频数字信号的兼容发送，同时发送机通过第一时钟处理单元产生像素时钟计数值并通过该像素时钟计数值使得对端接收机产生与发送机相匹配的接收参考时钟，并可使得对端接收机通过该像素时钟计数值判断出发送机通过并串转换单元发送串行媒体数据所采用的时钟是几倍频时钟，进而可使得对端接收机将倍频时钟进行分频处理，以还原多媒体视频数字信号的像素时钟；接收机通过第二时钟处理单元，获取所接收的串行媒体数据中所携带的像素时钟计数值，第二时钟处理单元根据该像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟，以正确接收对端发送机发送来的串行媒体数据，并且第二时钟处理单元可根据该像素时钟计数值得知对端发送机发送串行媒体数据时所采用的时钟是几倍频时钟，并据此将串并转换单元接收数据的数据恢复时钟进行相应的分频处理，以获得与对端发送机所发送的多媒体视频数字信号相一致的像素时钟，进而将所接收的串行媒体数据正确的还原为多媒体视频数字信号。

不同分辨率图像的多媒体视频数字信号均可通过本发明的高清光端机进行发送与接收，本发明实现了高清光端机对不同分辨率图像的多媒体视频数字信号的兼容传输。

附图说明

图1为本发明高清光端机的发送机结构示意图；

图2为本发明高清光端机的接收机结构示意图；

图3为本发明中的发送机中时钟检测模块的部分结构示意图；

图4为本发明中的接收机中时钟生成模块的部分结构示意图；

图5为本发明中发送机的多媒体视频数字信号处理过程流程图；

图6为本发明中接收机的多媒体视频数字信号处理过程流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的高清光端机，其包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并发送给对端接收机的发送机，和从对端发送机接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机，采用FPGA方案/SERDES方案。

如图1所示，所述发送机包括解码单元11、第一时钟处理单元12、帧码生成及信息添加单元13和并串转换单元14；其中，解码单元11用于对所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）、像素时钟pclk和音频数据audio/data；第一时钟处理单元12，用于根据一基准时钟和所述像素时钟pclk产生用以检测当前像素时钟pclk频率的像素时钟计数值clkcnt，根据该像素时钟计数值clkcnt和并串转换单元14的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元14的发送时钟tx_clk并将该发送时钟tx_clk提供给所述并串转换单元14，其中，像素时钟计数值clkcnt用于对端接收机产生与本发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在并串转换单元14的有效带宽所对应的时钟范围内，其中所述对端接收机用于接收本发送机所发出的串行媒体数据；帧码生成及信息添加单元13，用于生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值clkcnt、音频数据audio/data与所述解析帧码一并通过帧码通道发送给并串转换单元14，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；并串转换单元14，用于将所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据发送给对端接收机。

第一时钟处理单元12进一步包括时钟检测模块121、倍频时钟生成模块122和第一时钟选择模块123；其中，时钟检测模块121，用于根据所述基准时钟和所述像素时钟pclk，产生所述像素时钟计数值clkcnt，根据所述像素时钟计数值clkcnt检测出当前的所述像素时钟pclk频率，再根据所述像素时钟pclk频率和并串转换单元14的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号clksel1；倍频时钟生成模块122，用于根据所述像素时钟pclk产生1倍频像素时钟pclkX1和2倍频像素时钟pclkX2；第一时钟选择模块123，用于根据所述第一时钟选择信号clksel1，择一地选择1倍频像素时钟pclkX1或者2倍频像素时钟pclkX2作为所述倍频时钟。

所述发送机还可进一步包括加扰单元15，用于在并串转换单元14对所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据进行并行-串行转换之前，对所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据进行加扰操作。

图1所示发送机采用FPGA方案，其中，解码单元11采用HDMI/DVI解码模块，并串转换单元14采用并串行与串并行转换器SERDES，倍频时钟生成模块122采用FPGA中的PLL时钟处理模块；多媒体视频数字信号可以兼容高清数字信号和非高清数字信号，根据多媒体视频数字信号的清晰程度以及并串转换单元14的传输带宽确定倍频时钟，作为介绍，以下实施例将高清数字信号的1倍频像素时钟pclkX1确定为其所对应的倍频时钟（即倍频时钟与高清数字信号的像素时钟pclk相同，可适用于并串转换单元14所要求的传输带宽），将非高清数字信号的2倍频像素时钟pclkX2确定为其所对应的倍频时钟（即倍频时钟的频率是非高清数字信号的像素时钟pclk的频率的2倍，以使非高清数字信号的像素时钟pclk所对应的倍频时钟适用于并串转换单元14所要求的传输带宽）。以下结合多媒体视频数字信号在发送机中的处理过程，并串转换单元14采用LATTICE公司的ECP3芯片中的serdes模块，对上述发送机进行进一步说明。

因为传送高清数字信号的需要，并串转换单元14的传输带宽范围设定为HIGH，其所对应的传输带宽为2.55Gbps＜HIGH≤3.2Gbps。多媒体视频数字信号通过接口（如HDMI/DVI接口）进入解码单元11，经过解码单元11解码后，得到视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）、像素时钟pclk和音频数据audio/data；其中图像数据（Y、CbCr）的采用率为4:2:2，之所以采用4:2:2的图像数据（Y、CbCr）是考虑到此种格式图像与4:4:4格式图像相比，亮度信息采样率不变，色度信息采样率为亮度采样率的一半，由于人的视觉系统对色度的敏感度不及对亮度的敏感度，因此在人眼感觉几乎无图像质量损失的情况下数据量减小了三分之一，传输带宽因此也降低了，可以减小成本增强实用性。

像素时钟pclk经过第一时钟处理单元12中的时钟检测模块121并结合所提供的基准时钟得到像素时钟计数值clkcnt，根据该像素时钟计数值clkcnt检测出该像素时钟pclk的频率，根据该像素时钟pclk的频率和并串转换单元14的有效带宽所对应的频率范围产生第一时钟选择信号clksel1；像素时钟计数值clkcnt用来使得多媒体视频数字信号的接收端（对端接收机）使用该像素时钟计数值clkcnt的信息来产生与多媒体视频数字信号的发送端（即本发送机）相匹配的接收参考时钟，这样才能使得对端接收机所接收并处理的视频信号与本发送机所发送的视频信号相匹配；第一时钟选择信号clksel1用来进行时钟选择；时钟检测模块121将像素时钟计数值clkcnt发送给帧码生成及信息添加单元13，将第一时钟选择信号clksel1发送给第一时钟选择模块123。

像素时钟pclk在发送给第一时钟处理单元12的同时也发送给倍频时钟生成模块122，倍频时钟生成模块122将该像素时钟pclk进行倍频处理产生1倍频像素时钟pclkX1（即像素时钟pclk本身）和2倍频像素时钟pclkX2，并发送给第一时钟选择模块123。对于第一时钟选择信号clksel1来说，如果当前像素时钟pclk频率较高（对应于高清视频信号），则第一时钟选择信号clksel1为1倍频选择信号，第一时钟选择模块123收到该1倍频选择信号的第一时钟选择信号clksel1后，将像素时钟pclk的1倍频时钟作为发送时钟tx_clk，如：当前多媒体视频数字信号为全高清视频信号，其分辨率为1920×108060Hz，所占用的传输带宽约为148.5Mbps×20=2.97Gbps，该2.97Gbps的传输带宽在所设定的并串转换单元14的传输带宽范围2.55Gbps＜HIGH≤3.2Gbps之内，因此，可采用2.97Gbps的1倍频像素时钟pclkX1（即像素时钟pclk本身）作为发送时钟tx_clk。如果当前像素时钟pclk频率较低（对应于非高清视频信号），则第一时钟选择信号clksel为2倍频选择信号，第一时钟选择模块123收到该2倍频选择信号的第一时钟选择信号clksel1后，将像素时钟pclk的2倍频时钟作为发送时钟tx_clk，如：当前多媒体视频数字信号是分辨率为1024×76860Hz的图像信号，其占用的传输带宽约为65Mbps×20=1.3Gbps，该1.3Gbps的传输带宽在所设定的并串转换单元14的传输带宽范围2.55Gbps＜HIGH≤3.2Gbps之外，当前像素时钟pclk的频率较低，所以，第一时钟选择信号clksel1选择为2倍频选择信号，第一时钟选择模块123收到该2倍频选择信号的第一时钟选择信号clksel1后，采用2.6Gbps的2倍频像素时钟pclkX2作为发送时钟tx_clk；该2.6Gbps的2倍频像素时钟pclkX2位于并串转换单元14的传输带宽范围2.55Gbps＜HIGH≤3.2Gbps之内，进而并串转换单元14可以对提升到2.6Gbps后的串行媒体数据进行发送。其中，该2.6Gbps的2倍频像素时钟pclkX2是在倍频时钟生成模块122中产生的，倍频时钟生成模块122接收到当前分辨率为1024×76860Hz的图像信号1.3Gbps带宽所对应的像素时钟pclk后，产生一个1倍频像素时钟pclkX1和1个2倍频像素时钟pclkX2，其中1倍频像素时钟pclkX1即为1.3Gbps所对应的时钟，2倍频像素时钟pclkX2为1.3Gbps所对应的时钟的2倍，即为2.6Gbps所对应的时钟。

通过以上方式，将低分辨率的图像使用2倍频提高到较高频率便可以使其能跟高分辨率图像在同一个发送有效带宽内进行发送。

如图2所示，所述接收机包括串并转换单元21、帧码及信息解析单元22、第二时钟处理单元23和编码单元24；其中，串并转换单元21，用于将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据，串并转换单元21还用于向第二时钟处理单元23提供数据恢复时钟rec_clk；帧码及信息解析单元22，用于检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据audio/data和像素时钟计数值clkcnt；第二时钟处理单元23，用于根据从所述帧码及信息解析单元22获取的像素时钟计数值clkcnt产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟rx_ref_clk并将其提供给所述串并转换单元21，从串并转换单元21获取数据恢复时钟rec_clk，根据所述像素时钟计数值clkcnt和数据恢复时钟rec_clk获得像素时钟pclk；编码单元24，用于对所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）、像素时钟pclk和音频数据audio/data进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

第二时钟处理单元23进一步包括时钟生成模块231、时钟分频模块232和第二时钟选择模块233；其中，时钟生成模块231，用于根据所述像素时钟计数值clkcnt产生所述接收参考时钟rx_ref_clk以及第二时钟选择信号clksel2；时钟分频模块232，用于根据所述数据恢复时钟rec_clk产生1分频恢复时钟rec_clk/1（即数据恢复时钟rec_clk本身）和2分频恢复时钟rec_clk/2（即数据恢复时钟rec_clk的1/2）；第二时钟选择模块233，用于根据所述第二时钟选择信号clksel2，择一地选择1分频恢复时钟rec_clk/1或者2分频恢复时钟rec_clk/2作为像素时钟pclk。

所述接收机还包括解扰单元25，用于对串并转换单元21进行串行-并行转换所生成视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据进行解扰操作。

图2所示接收机采用FPGA方案，其中，串并转换单元21采用并串行与串并行转换器SERDES，编码单元24采用HDMI/DVI编码模块，时钟分频模块232采用FPGA中的PLL时钟处理模块；经过编码单元24编码后的多媒体视频数字信号可以为高清数字信号和非高清数字信号，根据像素时钟计数值clkcnt可判断出对端发送机发送数据所使用发送时钟是像素时钟pclk的1倍频（即像素时钟pclk本身）还是像素时钟pclk的2倍频。作为介绍，以下实施例将高清数字信号对应的倍频时钟确定为1倍频时钟（即倍频时钟与高清数字信号的像素时钟pclk相同，该高清数字信号的像素时钟pclk在串并转换单元21的传输带宽所对应的时钟频率范围内），将非高清数字信号对应的倍频时钟确定为2倍频时钟（即倍频时钟的频率是非高清数字信号的像素时钟pclk的频率的2倍，该非高清数字信号的像素时钟pclk的2倍频时钟也在串并转换单元21的传输带宽所对应的时钟频率范围内）。以下结合多媒体视频数字信号在接收机中的处理过程，串并转换单元21采用LATTICE公司的ECP3芯片中的serdes模块，对上述接收机进行进一步说明。

接收机通过光纤接收到的串行媒体数据经过串并转换单元21的串行-并行转换后得到并行数据——视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据。并行数据经过解扰单元24的解扰后，帧码及信息解析单元22检测帧码通道，从帧码通道中解码得到音频数据audio/data和像素时钟计数值clkcnt。时钟生成模块231根据该像素时钟计数值clkcnt产生出和对端发送机相匹配的时钟作为串并转换单元21的接收参考时钟rx_ref_clk并将其提供给所述串并转换单元21；同时，时钟生成模块231还通过该像素时钟计数值clkcnt获知对端发送机所发送串行媒体数据采用的发送时钟是多媒体视频数字信号的像素时钟pclk的1倍频时钟还是2倍频时钟，进而向第二时钟选择模块233发出所对应的第二时钟选择信号clksel2：如果对端发送机采用像素时钟pclk的1倍频时钟作为发送时钟，则第二时钟选择信号clksel2为1分频时钟选择信号，如果对端发送机采用像素时钟pclk的2倍频时钟作为发送时钟，则第二时钟选择信号clksel2为2分频时钟选择信号。串并转换单元21内部的CDR（Clock Data Recovery，数据时钟恢复）模块根据接收参考时钟rx_ref_clk恢复出所述并行数据和对端发送机的发送时钟相同的数据恢复时钟rec_clk，之后，将该数据恢复时钟rec_clk发送给时钟分频模块232。时钟分频模块232将所接收到的数据恢复时钟rec_clk进行分频处理生成1分频恢复时钟rec_clk/1和2分频恢复时钟rec_clk/2并发送给第二时钟选择模块233。第二时钟选择模块233根据第二时钟选择信号clksel2择一地选择1分频恢复时钟rec_clk/1或者2分频恢复时钟rec_clk/2作为像素时钟pclk发送给编码单元24。

以对端发送机发送分辨率为1920×108060Hz的全高清视频信号和分辨率为1024×76860Hz的图像信号为例进行说明。

当对端发送机发送分辨率为1920×108060Hz的全高清视频信号时：时钟生成模块231通过所接收到的像素时钟计数值clkcnt获知对端发送机所发送串行媒体数据采用的发送时钟是多媒体视频数字信号的像素时钟pclk的1倍频时钟，进而向第二时钟选择模块233发出1分频的第二时钟选择信号clksel2；串并转换单元21根据接收参考时钟rx_ref_clk恢复出的数据恢复时钟rec_clk和对端发送机的发送时钟相同，也为2.97Gbps所对应的时钟；时钟分频模块232将该2.97Gbps所对应的时钟进行分频处理生成1分频恢复时钟rec_clk/1和2分频恢复时钟rec_clk/2，即2.97Gbps所对应的时钟和2.97Gbps/2=1.485Gbps所对应的时钟；第二时钟选择模块233根据1分频的第二时钟选择信号clksel2选择1分频恢复时钟rec_clk/1即2.97Gbps所对应的时钟作为像素时钟pclk发送给编码单元24。

当对端发送机发送分辨率为1024×76860Hz的图像信号时：时钟生成模块231通过所接收到的像素时钟计数值clkcnt获知对端发送机所发送串行媒体数据采用的发送时钟是多媒体视频数字信号的像素时钟pclk的2倍频时钟，进而向第二时钟选择模块233发出2分频的第二时钟选择信号clksel2；串并转换单元21根据接收参考时钟rx_ref_clk恢复出的数据恢复时钟rec_clk和对端发送机的发送时钟相同，也为2.6Gbps所对应的时钟；时钟分频模块232将该2.6Gbps所对应的时钟进行分频处理生成1分频恢复时钟rec_clk/1和2分频恢复时钟rec_clk/2，即2.6Gbps所对应的时钟和2.6Gbps/2=1.3Gbps所对应的时钟；第二时钟选择模块233根据2分频的第二时钟选择信号clksel2选择2分频恢复时钟rec_clk/2即1.3Gbps所对应的时钟作为像素时钟pclk发送给编码单元24，这样便还原出了分辨率为1024×76860Hz的图像信号所对应的时钟。

编码单元24将得到的像素时钟pclk连同之前串行-并行转换得到的视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）以及音频数据audio/data进行编码，得到多媒体视频数字信号并进行输出。

本发明提供的上述高清光端机中，如图3所示，发送机中像素时钟pclk和一已知固定频率62.5MHz的时钟同时输入到时钟检测模块121，时钟检测模块121内部设有两个计数器，一个计数像素时钟pclk，一个计数62.5MHz的时钟，计数像素时钟pclk的计数器的计数范围为0~8191。当像素时钟pclk计数器计到8191时，像素时钟pclk计数器自动归零重新计数，62.5MHz的时钟计数器将当前的像素时钟计数值clkcnt输出，然后归零进行重新计数。

因此在时钟检测模块121中可以得到这样一个等式：

8192/pclk=clkcnt/62.5MHz

即pclk=(8192×62.5MHz)/clkcnt

由此可以看出，像素时钟计数值clkcnt是由像素时钟和基准时钟62.5MHz来产生的。因为发送机可以接收多种分辨率，需要对各种分辨率的像素时钟pclk的频率进行检测。也就是说在输入视频之前，接收机不知道接下来的输入视频的像素时钟pclk是多少。视频接入以后，像素时钟和62.5MHz时钟同时开始计数。当像素时钟计数到8191时，如果62.5MHz的时钟计数值也是8191则像素时钟pclk也是62.5MHz，如果像素钟pclk计数到8191时，62.5MHz时钟计数为4095则像素钟频pclk率为125MHz。也就是说根据像素时钟计数值clkcnt来判断当前输入分辨率的像素时钟是多大频率。如果像素时钟pclk的频率大于某个频率，则像素时钟pclk频率在并串转换单元14的有效带宽所对应的频率范围内，此时选择1倍频时钟作为发送时钟tx_clk，否则选择2倍频时钟做发送时钟tx_clk。

如图4所示，接收机中的时钟生成模块231中可采用时钟生成芯片ZL30152，该时钟生成芯片ZL30152生成时钟公式为：

f＝(Bs×Ks×16×Ms/Ns)/div，

其中，Bs×Ks×16×Ms/Ns结果要求为1~1.5GHz

对其中各个参数进行设置：若f＝pclk，则Bs=8K，Ks=62.5MHz/clkcnt（通过除法器获得），另外，需要根据像素时钟计数值clkcnt的范围zl30152通过配置参数选择模块对Ms、Ns和div参数进行选择，然后对时钟生成芯片ZL30152通过ZL30152配置模块进行配置即可以生成与对端发送机的发送时钟误差在一定范围内的时钟作为与对端发送机相匹配的接收参考时钟rx_ref_clk并将其提供给串并转换单元21，之后，时钟分频模块232从串并转换单元21得到的数据恢复时钟rec_clk即为对端发送机的发送时钟。

本发明还提供了一种高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，其中，所述高清光端机包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并进行发送的发送机，和接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机。

如图5所示，所述发送机的多媒体视频数字信号处理过程为：

步骤1：将所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）、像素时钟pclk和音频数据audio/data；

步骤2：根据一基准时钟和所述像素时钟pclk产生用以检测当前像素时钟pclk频率的像素时钟计数值clkcnt，根据所述像素时钟计数值clkcnt和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元的发送时钟tx_clk，其中，所述像素时钟计数值clkcnt用于对端接收机产生与所述发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在所述发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内；

步骤3：生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值clkcnt、音频数据audio/data与所述解析帧码一并通过帧码通道进行发送，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；

步骤4：将所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据进行发送。

其中步骤2中的根据一基准时钟和所述像素时钟pclk产生用以检测当前像素时钟pclk频率的像素时钟计数值clkcnt，根据所述像素时钟计数值clkcnt和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟，具体包括：

步骤21：根据所述基准时钟和所述像素时钟pclk，产生所述像素时钟计数值clkcnt，根据所述像素时钟计数值clkcnt检测出所述像素时钟pclk频率，根据所述像素时钟pclk频率和并串转换单元的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号clksel1；

步骤22：根据所述像素时钟产生1倍频像素时钟pclkX1和2倍频像素时钟pclkX2；

步骤23：根据所述第一时钟选择信号clksel1，择一地选择1倍频像素时钟pclkX1或者2倍频像素时钟pclkX2作为所述倍频时钟tx_clk。

如图6所示，所述接收机的多媒体视频数字信号处理过程为：

步骤1’：将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）和帧码通道数据；

步骤2’：检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据audio/data和像素时钟计数值clkcnt；

步骤3’：根据所述像素时钟计数值clkcnt产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟rx_ref_clk，并获得数据恢复时钟rec_clk，根据像素时钟计数值clkcnt和数据恢复时钟rec_clk获得像素时钟pclk；

步骤4’：对所述视频行同步信号hs、视频场同步信号vs、数据有效指示信号de、图像数据（Y、CbCr）、像素时钟pclk和音频数据audio/data进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

其中，步骤3’中的根据像素时钟计数值clkcnt和数据恢复时钟rec_clk获得像素时钟pclk包括：

步骤31’：根据所述数据恢复时钟rec_clk产生1分频恢复时钟rec_clk/1和2分频恢复时钟rec_clk/2；

步骤32’：根据所述像素时钟计数值clkcnt产生第二时钟选择信号clksel2；

步骤33’：根据所述第二时钟选择信号clksel2，择一地选择1分频恢复时钟rec_clk/1或者2分频恢复时钟rec_clk/2作为所述像素时钟pclk。

本发明的上述高清光端机和高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法中：发送机通过第一时钟处理单元将多媒体视频数字信号的像素时钟调整到发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内的倍频时钟，从而可使原有像素时钟与并串转换单元的有效带宽不兼容的多媒体视频数字信号在经过并串转换单元时可与并串转换单元兼容，进而实现了多媒体视频数字信号的兼容发送，同时发送机通过第一时钟处理单元产生像素时钟计数值并通过该像素时钟计数值使得对端接收机产生与发送机相匹配的接收参考时钟，并可使得对端接收机通过该像素时钟计数值判断出发送机通过并串转换单元发送串行媒体数据所采用的时钟是几倍频时钟，进而可使得对端接收机将倍频时钟进行分频处理，以还原多媒体视频数字信号的像素时钟；接收机通过第二时钟处理单元，获取所接收的串行媒体数据中所携带的像素时钟计数值，第二时钟处理单元根据该像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟，以正确接收对端发送机发送来的串行媒体数据，并且第二时钟处理单元可根据该像素时钟计数值得知对端发送机发送串行媒体数据时所采用的时钟是几倍频时钟，并据此将串并转换单元接收数据的数据恢复时钟进行相应的分频处理，以获得与对端发送机所发送的多媒体视频数字信号相一致的像素时钟，进而将所接收的串行媒体数据正确的还原为多媒体视频数字信号。

不同分辨率图像的多媒体视频数字信号均可通过本发明的高清光端机进行发送与接收，本发明实现了高清光端机对不同分辨率图像的多媒体视频数字信号的兼容传输。

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 (9)

1.一种高清光端机，包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并发送给对端接收机的发送机，和从对端发送机接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机，其特征在于：

所述发送机包括：

解码单元，用于对所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据；

第一时钟处理单元，用于根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元的发送时钟并将其提供给所述并串转换单元，其中，所述像素时钟计数值用于对端接收机产生与所述发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在所述发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内；

帧码生成及信息添加单元，用于生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值、音频数据与所述解析帧码一并通过帧码通道发送给并串转换单元，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；

并串转换单元，用于将所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据发送给对端接收机；

所述接收机包括：

串并转换单元，用于将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据，向第二时钟处理单元提供数据恢复时钟；

帧码及信息解析单元，用于检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据和像素时钟计数值；

第二时钟处理单元，用于根据从所述帧码及信息解析单元获取的像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟并将其提供给所述串并转换单元，从串并转换单元获取数据恢复时钟，根据所述像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟；

编码单元，用于对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

2.根据权利要求1所述的高清光端机，其特征在于，所述第一时钟处理单元包括：

时钟检测模块，用于根据所述基准时钟和所述像素时钟，产生所述像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值检测出所述像素时钟频率，根据所述像素时钟频率和并串转换单元的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号；

倍频时钟生成模块，用于根据所述像素时钟产生1倍频像素时钟和2倍频像素时钟；

第一时钟选择模块，用于根据所述第一时钟选择信号，择一地选择1倍频像素时钟或者2倍频像素时钟作为所述倍频时钟。

3.根据权利要求1所述的高清光端机，其特征在于，所述第二时钟处理单元包括：

时钟生成模块，用于根据所述像素时钟计数值产生所述接收参考时钟以及第二时钟选择信号；

时钟分频模块，用于根据所述数据恢复时钟产生1分频恢复时钟和2分频恢复时钟；

第二时钟选择模块，用于根据所述第二时钟选择信号，择一地选择1分频恢复时钟或者2分频恢复时钟作为所述像素时钟。

4.根据权利要求1至3任一项所述的高清光端机，其特征在于：

所述发送机还包括：加扰单元，用于在并串转换单元对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换之前，对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行加扰操作。

所述接收机还包括：解扰单元，用于对串并转换单元进行串行-并行转换所生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行解扰操作。

5.根据权利要求1至3任一项所述的高清光端机，其特征在于：所述多媒体视频数字信号为高清数字信号或者非高清数字信号，所述倍频时钟为所述像素时钟的1倍频或者2倍频。

6.根据权利要求1至3任一项所述的高清光端机，其特征在于：所述多媒体视频数字信号为高清晰度多媒体接口HDMI信号或者数字视频接口DVI信号。

7.一种高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，所述高清光端机包括将多媒体视频数字信号转换为串行媒体数据并进行发送的发送机，和接收串行媒体数据并转换为多媒体视频数字信号的接收机，其特征在于：

所述发送机的多媒体视频数字信号处理过程为：

将所要发送的多媒体视频数字信号进行解码，以获得视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据；

根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟作为所述并串转换单元的发送时钟，其中，所述像素时钟计数值用于对端接收机产生与所述发送机相匹配的接收参考时钟，所述倍频时钟在所述发送机的并串转换单元的有效带宽所对应的时钟范围内；

生成解析帧码，并将所述像素时钟计数值、音频数据与所述解析帧码一并通过帧码通道进行发送，其中所述解析帧码用于对端接收机对所接收的串行媒体数据经过串行-并行转换后进行帧码通道的解析；

将所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据进行并行-串行转换生成串行媒体数据，并通过光纤将所述串行媒体数据进行发送；

所述接收机的多媒体视频数字信号处理过程为：

将对端发送机通过光纤发送来的串行媒体数据进行串行-并行转换，生成视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据和帧码通道数据；

检测帧码通道数据，并从所述帧码通道数据中解码得到音频数据和像素时钟计数值；

根据所述像素时钟计数值产生与对端发送机相匹配的接收参考时钟，并获得数据恢复时钟，根据像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟；

对所述视频行同步信号、视频场同步信号、数据有效指示信号、图像数据、像素时钟和音频数据进行编码，以获得多媒体视频数字信号，并进行输出。

8.根据权利要求7所述的高清光端机的多媒体视频数字信号处理方法，其特征在于，所述的根据一基准时钟和所述像素时钟产生用以检测当前像素时钟频率的像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值和发送机中的并串转换单元的有效带宽产生倍频时钟，具体包括：

根据所述基准时钟和所述像素时钟，产生所述像素时钟计数值，根据所述像素时钟计数值检测出所述像素时钟频率，根据所述像素时钟频率和并串转换单元的有效带宽所对应的频率范围，产生第一时钟选择信号；

根据所述像素时钟产生1倍频像素时钟和2倍频像素时钟；

根据所述第一时钟选择信号，择一地选择1倍频像素时钟或者2倍频像素时钟作为所述倍频时钟。

9.根据权利要求7所述的高清光端机，其特征在于，所述的根据像素时钟计数值和数据恢复时钟获得像素时钟包括：

根据所述数据恢复时钟产生1分频恢复时钟和2分频恢复时钟；

根据所述像素时钟计数值产生第二时钟选择信号；

根据所述第二时钟选择信号，择一地选择1分频恢复时钟或者2分频恢复时钟作为所述像素时钟。

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