CN104639899A - 高清sdi数字视频信号光纤透明传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，包括：SDI光纤传输发送端，用于将用户输入的SDI高清数字视频信号通过信号处理转换成光信号，并通过光纤介质传输；SDI光纤传输接收端，用于接收光纤传输的高速串行光信号，通过信号处理将光信号还原成SDI高清数字视频信号，输出给视频接收端；本发明兼容各种SDI数字视频格式的传输,具有传输实时性好，传输带宽大、抗电磁干扰性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置。
背景技术
串行数字接口(SDI，Serial Digital Interface)是在同轴线上传输的数字视频的一种标准，按照分辨率的不同其传输速率可达2.97Gbps，1.48Gbps以及270Mbps，因此SDI视频可以覆盖大部分的从高清到标清的视频应用领域，在各种工业监控领域，SDI采用非压缩的视频传输模式，因此具有监控实时性高、图像质量好，传输延迟低的优点已经成为行业内的主流，但在信号传输环节，由于高清视频的需求，信号的传输速率的提升会对传统电缆提出很苛刻的要求，特别是在远距离传输的过程当中高频电信号会严重衰减,并易收干扰，因此需要一种可靠稳定的传输方案来解决高速率、高分辨率数字视频信号远距离实时传输的要求。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，用以解决现有长距离传输高清SDI视频信号信号衰减过大、距离受限的问题,并确保视频信号的实时传输。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，包括：
SDI光纤传输发送端，用于将用户输入的SDI高清数字视频信号通过信号处理转换成光信号，并通过光纤介质传输；
SDI光纤传输接收端，用于接收光纤传输的高速串行光信号，通过信号处理将光信号还原成SDI高清数字视频信号，输出给视频接收端。
进一步地，所述SDI光纤传输发送端具体包括：
发送端线缆均衡模块，用于对用户通过同轴电缆输入的SDI高清数字视频信号进行直流恢复和信号整形，并补偿SDI高频数字视频信号的衰减，过滤后发送给发送端重定时模块；
发送端重定时模块，用于探测接收到的SDI高频数字视频信号的数据速率，并根据不同数据速率对SDI高频数字视频信号进行重新定时，转换成CML和PECL兼容的差分信号后发送给发送端光电转换模块；
发送端光电转换模块，用于将从发送端重定时模块接收到的SDI高频数字视频信号转换成光信号发送到光纤介质；
发送端配置CPU，用于配置发送端重定时模块的处理速度、处理模式，并控制发送端重定时模块的输出使能。
进一步地，所述发送端线缆均衡模块具体用于，通过内部的均衡器转换为高速差分信号，并调整正负信号线之间的延迟使之达到一致，然后进行直流共模电压恢复，滤除线同轴缆传输中带来的干扰、偏斜与毛刺，最终完成信号的均衡，输出给发送端重定时模块。
进一步地，所述发送端线缆均衡模块还用于，输出一个电压值指示接入线缆的长度给配置CPU，所述电压值与线缆长度成反比，以便配置CPU可以读取该电压值从而获取接入线缆的长度是否符合标准。
进一步地，所述电压值范围为2.5V—1.6V，以此来判断接入线缆的长度是否符合标准。
进一步地，所述发送端重定时模块具体用于，根据均衡后的SDI高频数字视频信号电信号输入提取时钟跳变信息，通过内部的PLL将处理时钟倍频至不同频率，使之满足3G-HD、,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，并在锁定频率之后输出LOCK信号给发送端配置CPU；通过内部的鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给发送端接收端光电转换模块线缆均衡模块。
进一步地，所述发送端配置CPU具体用于，通过内部的速率配置信号端口设定发送端重定时模块的不同处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，在PLL锁定频率之后发送端重定时模块会输出LOCK信号给配置CPU，并CPU并根据接收到的LOCK信号的状态判断是否有SDI信号，以此来判断是否打开发送端重定时模块的输出使能管脚MUTE，输出差分信号至发送端光电转换模块。
进一步地，所述SDI光纤传输接收端具体包括：
接收端光电转换模块，用于接收从光纤介质传输发送端输出的高速串行光信号，并转换成高速差分电信号；
接收端重定时模块，用于接收接收端光电转换模块发来的告诉差分电信号，并对该高速差分电信号进行重定时；
接收端线缆驱动模块，用于对信号振幅、信号上升下降时间进行了调整，将差分信号转换为适应同轴电缆传输的信号格式，输出标准75阻抗的SDI数字视频信号；
接收端配置CPU，用于配置重定时信号处理芯片的处理速度、处理模式，并可以实时监控芯片锁相环的锁定与失锁状态。
进一步地，所述接收端重定时模块具体用于，通过PLL将处理时钟倍频至270MHz，1.485GHz或2.97GHz，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给接收端线缆均衡模块。
进一步地，所述接收端配置CPU具体用于，
通过速率配置信号端口设定接收端重定时模块的处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，在PLL锁定频率之后接收端重定时模块会输出LOCK信号给接收端配置CPU，接收端配置CPU根据LOCK的状态判断是否有SDI信号，以此来判断打开输出使能管脚MUTE，输出差分信号至接收端线缆均衡模块进行下一步处理。
本发明有益效果如下：
本发明具有传输实时性好，传输带宽大、抗电磁干扰性强的优点。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例所述装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中，LMH0046芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，图1为本发明实施例所述装置的结构示意图，具体可以包括：SDI光纤传输发送端和SDI光纤传输发送端，其中，SDI光纤传输发送端包括：发送端线缆均衡模块11、发送端重定时模块12、发送端光电转换模块13以及发送端配置CPU14；SDI光纤传输接收端包括：接收端光电转换模块21、接收端重定时模块22、接收端线缆驱动模块23以及接收端配置CPU24。
发送端线缆均衡模块11，用户通过同轴电缆输入的SDI高清视频信号要求阻抗75欧的匹配，首先通过电阻网络配置SDI正向输入端，完成单端75欧的阻抗匹配，并通过交流耦合方式输入发送端端线缆均衡模块11(本发明实施例中采用均衡芯片LMH0034)，线缆均衡模块通过内部的均衡器转换为高速差分信号，并调整正负信号线之间的延迟使之达到一致，然后进行直流共模电压恢复，滤除线同轴缆传输中带来的干扰、偏斜与毛刺，最终完成信号的均衡，通过正负差分SDO信号线输出给发送端重定时模块12进行进一步处理，输出差分电压摆幅750mV，输出的直流共模电压2.925V，同时发送端线缆均衡模块11通过CLI管脚输出一个电压值指示接入线缆的长度，该电压值范围为(2.5V—1.6V)，并且电压值与线缆长度成反比，以便发送端配置CPU可以通过AD采样读取该电压值获取接入线缆的长度信息是否有效，即电压值在(1.6V-2.5V)范围内表明SDI信号的接入线缆是有效的，不然提示用户接入线缆超标。
发送端重定时模块12，本发明实施例中采用LMH0046芯片(3G-SDI模式下采用LMH0356芯片)，信号完成输入端均衡处理后，进入输入端重定时模块12，其内部的PLL可以根据均衡后的差分SDI输入提取时钟跳变信息，通过内部的PLL(锁相环)将处理时钟倍频至270MHz、1.485GHz或者2.97GHz，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，并在锁定频率之后输出LOCK信号给发送端配置CPU；内部的鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给发送端光电转换模块。通过重定时后的差分信号速率输出给光通信速率为4.25Gbps的光电转换模块，满足所有SDI高清视频信号的传输带宽要求。重定时后的差分信号和光电转换模块的连接方式采用交流耦合方式，差分输入范围150mV—1200mV，和发送端重定时模块的信号相互匹配。
发送端光电转换模块13，本实例中采用CTP13D6-11光模块，其将从发送端重定时模块12接收到的电信号转换成光信号发送到光纤介质，将800mV的高速差分电信号转换为光信号；差分电信号从SFP_TD_P/SFP_TD_N输入，输入采用交流耦合方式，采用差分走线，耦合电容为0.01uF。光模块供电电压3.3V。
发送端配置CPU14，可以通过速率配置信号端口RATECode[1:0]设定发送端重定时模块的处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，具体见表1所示的配置表，在PLL锁定频率之后发送端重定时模块12会输出LOCK信号给发送端配置CPU，发送端配置CPU根据LOCK的状态判断是否有SDI信号有效的输入，以此来判断是否打开发送端重定时模块12的输出使能管脚MUTE，输出差分信号至发送端光电转换模块进行下一步处理。
表1配置表
| RATECode[1:0] | 数据速率与模式 |
| 00 | 自动速率探测 |
| 01 | 270Mbps |
| 10 | 1485Mbps |
| 11 | 2.97Gbps |
发送端配置CPU还可以读取发送端线缆均衡模块输出的电压值从而获取接入线缆的长度信息是否有效；还可以读取光纤链路的连接状态，光纤链路异常时提示用户。具体来说就是，配置CPU可以读取光电转换模块光纤链路连接状态指示脚LOS，LOS管脚为高电平表明光纤连路异常、为低电平表明光纤连路正常，在远距离SDI光信号传输过程中实时反馈整个系统的光纤链路连接是否正常。
以上对于SDI光纤传输发送端各个组成部分进行了具体说明，接下来再对SDI光纤传输接收端的各个组成部分予以具体说明。
接收端光电转换模块21，本发明实施例中可以采用CTR13D6-11光模块，其接收从SDI光纤传输发送端传输来的高速光信号，本发明实施例中可以采用CTR13D6-11光模块，通过光电信号转换输出差分800mv摆幅的串行SDI电信号给接收端重定时模块22。完成光电转换后的高速差分电信号从SFP_RD_P/SFP_RD_N输出，输出采用交流耦合方式，采用差分走线。耦合电容为0.01uF。光模块供电电压3.3V。接收端可以读取光模块的SFP_RX_LOS管脚的高低电平来判断光纤是否连接正常，通过长距离光纤传输后光功率是否达标。低电平表示光纤链路正常，反之异常。
接收端重定时模块22，本发明实施例中采用LMH0046芯片(3G-SDI模式下采用LMH0356)，其处理过程和发送端重定时模块12类似，接收端重定时模块的输入时钟频率采用27MHz，接收端配置CPU对重定时模块的速率进行配置，配置方法与发送端一致，接收端重定时模块22通过其内部PLL将处理时钟倍频至270MHz，1.485GHz或2.97GHz，内部的鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，目的使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给接收端线缆驱动模块23。
接收端线缆驱动模块23，用于将差分信号转换为适应同轴电缆传输的信号格式，输出标准75阻抗的SDI数字视频信号；
接收端配置CPU24，通过速率配置信号端口设定接收端重定时模块的处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，在PLL锁定频率之后会输出LOCK信号给接收端配置CPU，接收端配置CPU根据LOCK的状态判断是否有SDI信号，以此来判断打开输出使能管脚MUTE，输出差分信号至接收端线缆均衡模块进行下一步处理。
综上所述，本发明实施例提供了一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，针对现有图像传输系统中对高清视频远距离实时传输的要求，提供了一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，具有传输实时性好，传输带宽大、抗电磁干扰性强的优点。需要说明的是，以上采用的芯片和光模块等部件并不仅限于上述本发明实施例所提供的型号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明采用了物理层的信号处理方法,在时序上由PLL锁相环来连续锁定任意频率的SDI数字视频信号的时钟频率，确保了在2.97G信号速率下的信号眼图的最大化，并通过重定时器和光电转换电路在发送和接收中差分信号的无缝连接实时传输，可以兼容任意速率SDI数字高清视频信号的传输；
2.装置采用了高带宽的SDI数字视频信号输入均衡电路、具有高达2.97Gbps锁相环锁定功能的重定时器、具有高带宽的SDI信号输出驱动器，并且装置具备兼容SMPTE-292M和SMPTE-424M标准的光电转换电路,确保SDI数字信号基带传输的接收无误码，传输带宽可以达到2.97Gbps；
3.该装置避免了耗时的链路层数据解析和格式转换，通过物理层电信号和光信号的高速转换确保传输实时性好、具有结构简洁、成本经济、可以在工业监控现场快速部署的优势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高清SDI数字视频信号光纤透明传输装置，其特征在于，包括：
SDI光纤传输发送端，用于将用户输入的SDI高清数字视频信号通过信号处理转换成光信号，并通过光纤介质传输；
SDI光纤传输接收端，用于接收光纤传输的高速串行光信号，通过信号处理将光信号还原成SDI高清数字视频信号，输出给视频接收端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述SDI光纤传输发送端具体包括：
发送端线缆均衡模块，用于对用户通过同轴电缆输入的SDI高清数字视频信号进行直流恢复和信号整形，并补偿SDI高频数字视频信号的衰减，过滤后发送给发送端重定时模块；
发送端重定时模块，用于探测接收到的SDI高频数字视频信号的数据速率，并根据不同数据速率对SDI高频数字视频信号进行重新定时，转换成CML和PECL兼容的差分信号后发送给发送端光电转换模块；
发送端光电转换模块，用于将从发送端重定时模块接收到的SDI高频数字视频信号转换成光信号发送到光纤介质；
发送端配置CPU，用于配置发送端重定时模块的处理速度、处理模式，并控制发送端重定时模块的输出使能。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发送端线缆均衡模块具体用于，通过内部的均衡器转换为高速差分信号，并调整正负信号线之间的延迟使之达到一致，然后进行直流共模电压恢复，滤除线同轴缆传输中带来的干扰、偏斜与毛刺，最终完成信号的均衡，输出给发送端重定时模块。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述发送端线缆均衡模块还用于，输出一个电压值指示接入线缆的长度给配置CPU，所述电压值与线缆长度成反比，以便配置CPU可以读取该电压值从而获取接入线缆的长度是否符合标准。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电压值范围为2.5V—1.6V，以此来判断接入线缆的长度是否符合标准。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发送端重定时模块具体用于，根据均衡后的SDI高频数字视频信号电信号输入提取时钟跳变信息，通过内部的PLL将处理时钟倍频至不同频率，使之满足3G-HD、,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，并在锁定频率之后输出LOCK信号给发送端配置CPU；通过内部的鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给发送端接收端光电转换模块线缆均衡模块。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在在于，所述发送端配置CPU具体用于，通过内部的速率配置信号端口设定发送端重定时模块的不同处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，在PLL锁定频率之后发送端重定时模块会输出LOCK信号给配置CPU，并CPU并根据接收到的LOCK信号的状态判断是否有SDI信号，以此来判断是否打开发送端重定时模块的输出使能管脚MUTE，输出差分信号至发送端光电转换模块。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述SDI光纤传输接收端具体包括：
接收端光电转换模块，用于接收从光纤介质传输发送端输出的高速串行光信号，并转换成高速差分电信号；
接收端重定时模块，用于接收接收端光电转换模块发来的告诉差分电信号，并对该高速差分电信号进行重定时；
接收端线缆驱动模块，用于对信号振幅、信号上升下降时间进行了调整，将差分信号转换为适应同轴电缆传输的信号格式，输出标准75阻抗的SDI数字视频信号；
接收端配置CPU，用于配置重定时信号处理芯片的处理速度、处理模式，并可以实时监控芯片锁相环的锁定与失锁状态。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述接收端重定时模块具体用于，通过PLL将处理时钟倍频至270MHz，1.485GHz或2.97GHz，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，鉴相器对输入数据的相位与处理时钟进行比较，使得输入数据和处理时钟的边沿达到一致，然后经过一个内部同步FIFO完成信号的同步缓存，处理后的数据输出给接收端线缆均衡模块。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述接收端配置CPU具体用于，
通过速率配置信号端口设定接收端重定时模块的处理速率，使之满足3G-SDI,HD-SDI和SD-SDI不同速率的处理要求，在PLL锁定频率之后接收端重定时模块会输出LOCK信号给接收端配置CPU，接收端配置CPU根据LOCK的状态判断是否有SDI信号，以此来判断打开输出使能管脚MUTE，输出差分信号至接收端线缆均衡模块进行下一步处理。
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