CN106303486A - 一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置 - Google Patents

一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置 Download PDF

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Abstract

一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：包括依次连接A/D转换单元、并行解码单元、图像组合单元、增益控制单元和色度空间转换单元，双绞线上传输的模拟信号经A/D转换单元形成数字信号后进入并行解码单元，将数字信号中的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路YUV格式的视频信号，图像组合单元将并行解码单元处理的多个视频信号组合成一帧完整的图像，增益控制单元对图像组合单元处理过后的图像进行亮度分量Y和色度分量UV增益调整形成YUV视频数据，YUV视频数据经色度空间转换单元转换成符合VGA显示的RGB视频数据。本发明具有架构成本低、架构方式简单的优点，并有利于抑制共模干扰，减少衰减。

Description

一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收 装置
技术领域
本发明所涉及视频信号的接收装置，具体涉及一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置。
背景技术
视频传输，特别是对帧图像的视频传输在人们日常生活和生产工业领域都有着重要的应用。传统领域视频传输采用同轴电缆直线传输的方式，其传输系属于单线路传输，传输带宽有限，同时单根同轴线在传输多种信号时，信号间干扰大，传输视频的分辨率有限，且容易因为外界电磁波干扰而产生共模干扰并增加色衰；再者，单根同轴线传输带宽有限，针对于类似超大分辨率和超高帧率的高频率视频信号来说，同轴线单路传输带宽难以满足要求，并且被传输信号频率越高，同轴传输衰减越大，传输距离越短；同轴线进行视频直接传输时，图像四周亮色串扰大；同轴线架构成本较高。同时，传统的视频信号传输均不对视频信号进行前期处理并遵循单线路亮度和色度一起编码，容易产生亮色干扰。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在问题和不足，提供一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接送装置，该装置对双绞线传输的模拟信号进行A/D转换处理，然后进行并行解码、图像组合、增益控制、色度空间转换，最终输出适合显示屏显示RGB信号。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：包括依次连接A/D转换单元、并行解码单元、图像组合单元、增益控制单元和色度空间转换单元，双绞线上传输的模拟信号经A/D转换单元形成数字信号后进入并行解码单元，将数字信号中的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路YUV格式的视频信号，图像组合单元将并行解码单元处理的多个视频信号组合成一帧完整的图像，增益控制单元对图像组合单元处理过后的图像进行亮度分量Y和色度分量UV增益调整形成YUV视频数据，YUV视频数据经色度空间转换单元转换成符合VGA显示的RGB视频数据。
作为一种改进，并行解码单元包括四个解码器，四个解码器对双绞线传输的亮度信号Y和色度信号C进行两两解码，每个解码器将分开的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路视频信号，最终形成4路视频信号。
作为一种改进，并行解码单元的解码器包括钳位、自动增益控制单元、同步锁相单元及色度解调单元，所述钳位和自动增益控制单元移除视频信号中的DC偏移以使视频信号的幅值恢复到正常范围之内，同步锁相单元从亮度信号Y中恢复采样时钟并反馈给A/D转换单元，使其采样时钟频率与发送装置的编码时钟频率保持同步，实现视频行场时序恢复；色度解调单元将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的正弦载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的U分量，将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的余弦波载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的V分量。
作为一种改进，同步锁相单元包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述鉴相器比较压控振荡器输出频率与输入频率并产生一个与相位差相对应的误差电压，输出所述误差电压至环路滤波器滤波，经滤波后输入到压控振荡器，调制压控振荡器输出频率一部分经过分频器反馈到鉴相器输入端，最终使得输出频率除以分频倍数后的频率值与输入频率相同。
作为一种改进，色度空间转换单元将YUV视频数据转换成符合VGA显示的RGB的视频数据转换公式：
对于NTSC制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.976*Y+2.248*V
G＝1.976*Y-0.780*U-1.137*V
B＝1.976*Y+3.992*U
对于PAL制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.876*Y+2.128*U
G＝1.876*Y-0.737*U-1.084*V
B＝1.876*Y+3.793*U。
本发明的有益效果是：双绞线传输较同轴电缆的传输具有架构成本低、架构方式简单得优点，并有利于抑制共模干扰，减少衰减。同时，本发明双绞线传输实现了多路信号传输的目的，实现了多路降频处理并降低了每根信号传输的带宽要求，进一步的，本发明对传输的视频信号的亮色分离传输方式、统一亮色解码方式并有效避免了因亮度色度相互干扰产生的传输问题。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明并行解码单元的结构示意图。
图3是本发明并行解码单元解码器的解码流程示意图。
图4是本发明同步锁相单元的结构示意图。
图5是本发明色度解调单元的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作进一步的说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
如图1所示一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，包括依次连接A/D转换单元、并行解码单元、图像组合单元、增益控制单元和色度空间转换单元，双绞线上传输的模拟信号经A/D转换单元形成数字信号后进入并行解码单元，将数字信号中的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路YUV格式的视频信号，图像组合单元将并行解码单元处理的多个视频信号组合成一帧完整的图像，增益控制单元对图像组合单元处理过后的图像进行亮度分量Y和色度分量UV增益调整形成YUV视频数据，YUV视频数据经色度空间转换单元转换成符合VGA显示的RGB视频数据。本发明将传统的线缆传输换以双绞线进行传输，双绞线传输较之同轴电缆的传输具有架构成本低、架构方式简单得优点，并有利于抑制共模干扰，减少衰减。
进一步，本发明创造性地引入A/D转换单元，A/D转换单元对双绞线传输的8路并行的模拟视频信号转化成数字信号输出给并行解码单元、图像组合单元、增益控制单元和色度空间转换单元依次进行处理。
本发明创造性地引入了并行解码单元，如图2所示，并行解码单元包括4个解码器，4个解码器分别对双绞线传输的亮度信号Y和色度信号C进行两两解码，每个解码器将分开的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路视频信号，最终形成4路视频信号。
作为一种改进的具体实施方式，如图3所示，并行解码单元的解码器包括钳位和自动增益控制单元、同步锁相及视频行场时序单元及色度解调单元，其中钳位和自动增益控制单元移除视频信号中的DC偏移以使视频信号的幅值恢复到正常范围之内；对于亮度信号Y，被钳位到每个行同步期间的ADC的参考电压，即ADC在同步电平期间生成一个代码0，同时以消隐电平和同步电平的差值为参考调整AGC增益；对于色度信号C，被钳位到行同步时期的ADC中间点，使得ADC在消隐电平期间生成一个代码512，同时以后续色度解码单元反馈的色同步电平为参考电平调整AGC增益；经过上述步骤后的Y和C信号进入同步锁相单元，从亮度信号Y中恢复采样时钟并反馈给A/D转换单元，使其采样时钟频率与发送装置的编码时钟频率保持同步，同时根据行同步信号和帧同步信号，确定输入信号的行场时序，提供给亮度信号Y以及色度信号C。
上文中的发送装置，包括依次连接的色度空间转换单元、YUV增益控制单元、图像分割单元、并行编码单元、D/A转换单元；视频信号经色度空间转换单元将RGB格式转换成YUV格式并通过YUV增益控制单元进行亮度色度的调整；图像分割单元对调整后的视频信号分割成若干子图像；并行编码单元对子图像进行亮度Y、色度UV分开编码并通过D/A转换单元转换成模拟信号以在双绞线传输线路上进行传输；图像分割单元包括一个扫描单元，该扫描单元包括三个扫描器，所述扫描器对视频信号进行三次隔行扫描，最终获得四幅子图像；发送装置还包括并行控制单元，所述并行控制单元通过开关控制经图像分割单元所形成的子图像同时并行进入并行编码单元；并行编码单元包括四个编码器，编码器与子图像的个数一一对应。编码器包括互不连接的亮度编码模块和色度编码模块，所述子图像经亮度编码模块后形成亮度信号Y，经色度编码模块后形成色度信号C；亮度编码模块包括有时序同步单元，所述时序同步单元生成时序信号并附在亮度信号Y上。色度编码模块通过直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的正弦信号作为色度副载波与色度分量U和V及色同步信号进行正交幅度调制合成色度信号C；色度空间转换单元支持NTSC标准和PAL标准的RGB格式视频数据转换成YUV格式的视频数据。
本发明同步锁相单元主要功能是使输出时钟和输入时钟的相位同步，具体通过输出信号频率自动跟踪输入信号频率，当两者频率相等时，输出频率与输入频率保持固定相位差，实现锁相功能，如图4所示，同步锁相单元包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述鉴相器比较压控振荡器输出频率与输入频率并产生一个与相位差相对应的误差电压，输出所述误差电压至环路滤波器滤波，经滤波后输入到压控振荡器，调制压控振荡器输出频率一部分经过分频器反馈到鉴相器输入端，最终使得输出频率除以分频倍数后的频率值与输入频率相同为止，其中分频器分频倍数可以按照需求确定，例如10分频。
作为一种改进的具体实施方式，如图5所示，色度解调单元将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的正弦载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的U分量，将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的余弦波载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的V分量。在解调过程中，需通过检测色同步信号电平值，确定本地载波信号与色度中载波信号的相位差，并以此作为参考，不断调整本地载波信号相位，使相位差达到最小，确保色度信号的正确解码。
更进一步，正弦或余弦载波信号由直接式数字频率合成器DDS产生，具体过程如下：假定原始时钟频率为Q，需要产生的频率为P，根据奈奎斯特定律，P小于等于Q/2。使用32位的累加器，在每个时钟时刻加上一个32位的步长P*232/Q，将累加器每个时刻的累加值输出，并对其以232取模再送入累加器，取模之后的值即为所需频率的相位。以相位作为索引，查询特定表格，即可产生所需频率的正弦或余弦波信号。
最后，本发明创造性地引入图像组合单元将并行解码单元4个解码器输出的4组YUV数据以行为单位重新组合成一帧完整的图像，通过增益控制单元对图像组合单元处理过后的Y、U、V分量与其对应增量相乘进行亮色度控制，提高了视频可观性；增益调整后的YUV视频数据经色度空间转换单元转换成符合VGA显示的RGB视频数据。
更进一步，色度空间转换单元将YUV视频数据转换成符合VGA显示的RGB的视频数据转换公式如下：
对于NTSC制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.976*Y+2.248*V
G＝1.976*Y-0.780*U-1.137*V
B＝1.976*Y+3.992*U
对于PAL制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.876*Y+2.128*U
G＝1.876*Y-0.737*U-1.084*V
B＝1.876*Y+3.793*U。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：包括依次连接A/D转换单元、并行解码单元、图像组合单元、增益控制单元和色度空间转换单元，双绞线上传输的模拟信号经A/D转换单元形成数字信号后进入并行解码单元，将数字信号中的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路YUV格式的视频信号，图像组合单元将并行解码单元处理的多个视频信号组合成一帧完整的图像，增益控制单元对图像组合单元处理过后的图像进行亮度分量Y和色度分量UV增益调整形成YUV视频数据，YUV视频数据经色度空间转换单元转换成符合VGA显示的RGB视频数据。
2.根据权利要求1所述的一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：所述并行解码单元包括四个解码器，四个解码器对双绞线传输的亮度信号Y和色度信号C进行两两解码，每个解码器将每个图像分开的亮度信号Y和色度信号C恢复成一路视频信号，最终形成4路视频信号。
3.根据权利要求2所述的一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：所述并行解码单元的解码器包括钳位和自动增益控制单元、同步锁相及视频行场时序单元及色度解调单元，所述钳位和自动增益控制单元移除视频信号中的DC偏移以使视频信号的幅值恢复到正常范围之内，同步锁相及视频行场时序单元从亮度信号Y中恢复采样时钟并反馈给A/D转换单元，使其采样时钟频率与发送装置的编码时钟频率保持同步，实现视频行场时序恢复；色度解调单元将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的正弦载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的U分量，将色度信号C与直接式数字频率合成器DDS产生的固定频率的余弦波载波信号相乘，再通过低通滤波器LPF，解调出对应的V分量。
4.根据权利要求3所述的一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：所述同步锁相单元包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述鉴相器比较压控振荡器输出频率与输入频率并产生一个与相位差相对应的误差电压，输出所述误差电压至环路滤波器滤波，经滤波后输入到压控振荡器，调制压控振荡器输出频率一部分经过分频器反馈到鉴相器输入端，最终使得输出频率除以分频倍数后的频率值与输入频率相同。
5.根据权利要求1所述的一种利用双绞线传输超大分辨率和超高帧率视频信号的接收装置，其特征在于：所述色度空间转换单元将YUV视频数据转换成符合VGA显示的RGB视频数据的转换公式：
对于NTSC制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.976*Y+2.248*V
G＝1.976*Y-0.780*U-1.137*V
B＝1.976*Y+3.992*U
对于PAL制视频数据，具体转换公式为：
R＝1.876*Y+2.128*U
G＝1.876*Y-0.737*U-1.084*V
B＝1.876*Y+3.793*U。
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