CN108769699B - 一种视频传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视频传输系统及方法，视频源设备通过视频发送装置和视频接收装置将视频数据发送给视频接收设备，视频发送装置接收视频源设备发送过来的输入参考时钟和输入视频数据，产生串行数据并发送到视频接收装置，视频接收装置接收串行数据并产生发送到视频接收设备的输出参考时钟和输出视频数据，视频发送装置实时的检测输入视频数据中每一帧的视频格式信息，并将视频格式信息与压缩后视频数据进行混合，视频接收装置解析视频格式信息并对视频数据进行解压缩，输出视频数据中每帧时间长度与输入视频数据的对应帧的时间长度相等。

Description

一种视频传输系统及方法
技术领域
本发明涉及视频传输技术领域，特别涉及到一种视频传输系统及方法。
背景技术
目前，视频传输技术按照信号传输方式分为无线传输和有线传输，无线传输利用无线电波来传输视频数据，有线传输则要利用线缆来传输视频数据，由于无线传输的媒介是电磁波，实际传输中容易受到诸多条件的限制，而有线传输不但传输稳定、抗干扰能力强，且具有较高的安全性，传输速率也比较快，因此获得了大规模的采用，另外视频传输接口包括串行视频接口和并行视频接口，常见的串行视频接口有HD-SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI和LVDS等，常见的并行视频接口有ITU-R BT.1120和ITU-R BT.656等。
近些年由于摄像头采集到的图像分辨率由标清到高清(1080P)甚至超高清(2K/4K)的快速升级，以及多次曝光技术和广色域技术的普及，随之而来的是数据量和传输速率的成倍增长，这就给要求实时性强、低延时和同步的视频传输应用带来了很大的技术挑战。
现有技术通常采用在视频发送端将原始视频数据进行压缩，使数据传输速率大幅降低，从而适合通过线缆进行长距离传输，视频接收端再将接收到的视频进行解压缩，并恢复原始的视频格式和视频数据，在此过程中，视频发送端通常以添加帧头标志的方法来处理视频同步的问题，但因为压缩有延时，也因为压缩后传输速率小于与原始图像速率，在视频压缩后较小的传输速率下帧头插入的时间间隔与时间点很难做到与原始图像一致，使得接收端很难或不能通过检测帧头标志的方法复原输入视频的时序，综上所述，目前缺少一种在发送端将输入视频数据进行压缩，同时在接收端恢复出原始视频并可精确复原输入视频时序的视频传输方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种在发送端将输入视频数据进行压缩，同时在接收端恢复出原始视频并可精确复原输入视频时序的视频传输系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提出一种视频传输方法，视频源设备通过视频发送装置和视频接收装置将视频数据发送给视频接收设备，
视频发送装置接收视频源设备发送过来的输入参考时钟和输入视频数据，输入视频数据由连续的帧组成，
视频发送装置接收输入参考时钟并通过时钟锁相环模块产生串行数据发送时钟，串行数据发送时钟与输入参考时钟保持确定的频率关系，
视频发送装置接收输入视频数据并进行压缩产生压缩后视频数据，
视频发送装置接收输入视频数据并检测产生每一帧的视频格式信息，
视频发送装置对视频格式信息和压缩后视频数据进行混合并产生串行数据，视频发送装置通过编码将串行数据发送时钟嵌入在串行数据中，
视频接收装置接收串行数据，通过时钟数据恢复模块恢复并产生发送到视频接收设备的输出参考时钟，输出参考时钟与串行数据发送时钟进而与输入参考时钟保持确定的频率关系，
视频接收装置接收串行数据，恢复并解析产生每一帧的视频格式信息和解压缩前视频数据，
视频接收装置对解压缩前视频数据进行解压缩并根据输出参考时钟及视频格式信息产生输出视频数据，
输入视频数据的每帧时间长度可以相同或者不同，
输出视频数据中每帧时间长度与输入视频数据的对应帧的时间长度相等。
优选地，所述视频格式信息包括HTOTAL、HACTIVE、VTOTAL、VACTIVE及TAIL LINE参数，TAIL LINE在一帧的结尾处，其长度可以为零，当其长度为零时，表示没有此TAIL LINE部分。
优选地，所述视频格式信息中的HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE参数在不同帧中可以保持相同，或者HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE中的一个或多个参数在不同帧中可以不同，TAIL LINE可以为整数也可以为非整数，
所述视频格式信息中的HACTIVE和VACTIVE在不同帧中保持相同。
优选地，所述视频格式信息中的HTOTAL、HACTIVE、VTOTAL、VACTIVE及TAIL LINE参数在不同帧中保持不变的参数可以提前预设，而视频发送装置只检测不同帧中变化的参数。
优选地，所述视频发送装置对视频格式信息进行前向纠错编码，并与压缩后视频数据混合后产生串行数据。
优选地，所述视频发送装置将视频格式信息重复多次混合入串行数据。
优选地，视频发送装置通过编码将串行数据发送时钟嵌入在串行数据中，所述编码为8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码或随机扰码。
优选地，所述视频发送装置和视频源设备之间的传输接口为SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
优选地，所述视频接收装置和视频接收设备之间的传输接口为SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
本发明的有益效果是：本发明通过在视频发送端实时的检测输入视频数据中每一帧的视频格式信息，并与压缩后视频数据进行混合，然后在视频接收端解析视频格式信息并对视频数据进行解压缩，从而精确复原输入视频的时序，解决了现有技术中以添加帧头标志的方法来处理视频同步的问题的缺陷，避免了视频压缩后由于延迟及较小的传输速率下帧头插入的时间间隔与时间点很难做到与原始图像一致，使得接收端很难或不能复原输入视频时序的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种视频传输系统及方法之实施例中的视频发送装置模块图及连接示意图。
图2是本发明一种视频传输系统及方法之实施例中的视频接收装置模块图及连接示意图。
图3是本发明中所描述的视频格式示意图。
其中：
1 视频发送装置 2 视频接收装置
3 视频源设备 4 视频接收设备
11 视频发送处理模块 21 视频接收处理模块
31 输入参考时钟 32 输入视频数据
41 输出参考时钟 42 输出视频数据
51 串行数据 100 视频格式信息
101 时钟锁相环模块 102 视频格式检测模块
103 视频压缩模块 104 数据混合模块
105 串行数据发送模块 1011 串行数据发送时钟
1031 压缩后视频数据 1041 发送端数据
201 时钟数据恢复模块 202 数据解包模块
203 视频解压缩模块 204 视频格式再生模块
2011 视频接收模块时钟 2012 接收端数据
2022 解压缩前视频数据 2031 解压缩后视频数据
1012 视频发送模块时钟
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明一种视频传输系统及方法做进一步说明。
如图1和图2所示，为本发明一种视频传输系统之实施例，在该实施例中，视频传输系统包括视频发送装置1和视频接收装置2，视频发送装置1连接着视频源设备3，视频接收装置2连接着视频接收设备4，视频发送装置1接收视频源设备3发送过来的输入参考时钟31和输入视频数据32，产生串行数据51并发送到视频接收装置2，视频接收装置2接收串行数据51并产生发送到视频接收设备4的输出参考时钟41和输出视频数据42。
视频发送装置1包括时钟锁相环模块101、视频发送处理模块11和串行数据发送模块105，视频发送处理模块11包括视频格式检测模块102、视频压缩模块103、数据混合模块104。
时钟锁相环模块101根据输入参考时钟31产生串行数据发送时钟1011和视频发送模块时钟1012，视频发送模块时钟1012为视频发送处理模块11及其包括的视频格式检测模块102、视频压缩模块103、数据混合模块104的工作时钟，按照各个模块的需求，视频发送模块时钟1012可以为一个时钟或多个频率不同的时钟，因为串行数据发送时钟1011与视频发送模块时钟1012都是由同一个输入参考时钟31通过时钟锁相环模块101产生，串行数据发送时钟1011与视频发送模块时钟1012之间保持确定的频率关系，当视频发送模块时钟1012包含多个频率不同的时钟时，其各个不同频率的时钟之间也保持确定的频率关系。
输入视频数据32由连续的帧组成，其每一帧的视频格式由图3视频格式示意图所示，图3中所示参数中HTOTAL为水平分辨率，HACTIVE为水平有效分辨率，VTOTAL为垂直分辨率，VACTIVE为垂直有效分辨率，TAIL LINE为尾行，HACTIVE和VACTIVE定义了输入视频数据32中的有效图像部分，通常一个视频显示设备只显示由HACTIVE和VACTIVE定义的有效图像部分。TAIL LINE在一帧的结尾处，其长度可以为零，当其长度为零时，表示没有此TAILLINE部分。
当以像素点的个数表示时，每帧的像素长度为HTOTAL*VTOTAL+TAIL LINE，当以时间表示时，每帧的时间长度为(HTOTAL*VTOTAL+TAIL LINE)除以像素时钟频率，其中的像素时钟频率与输入参考时钟31有确定已知的频率关系。HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE在不同帧中可以保持相同，或者HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE中的一个或多个参数在不同帧中可以不同。TAIL LINE可以为整数也可以为非整数。由上述描述可知，输入视频数据32的每帧时间长度可以相同或者不同。
HACTIVE和VACTIVE在不同帧中保持相同，也既输入视频数据32中的有效图像大小在不同帧中保持不变。
视频格式信息100包括HTOTAL、HACTIVE、VTOTAL、VACTIVE及TAIL LINE。
视频格式检测模块102接收输入视频数据32并检测产生每一帧的视频格式信息100，其中HTOTAL、HACTIVE、VTOTAL、VACTIVE及TAIL LINE在不同帧中保持不变的参数可以提前预设，而视频格式检测模块102只检测不同帧中变化的参数。
视频发送装置1和视频源设备3之间的传输接口可以为HDMI、MIPI、LVDS、ITU-RBT.1120或ITU-R BT.656。视频发送装置1和视频源设备3之间的传输接口也可以为其他形式的视频接口，包括SDI接口和DisplayPort接口，在SDI接口和DisplayPort接口中，输入参考时钟31被嵌入在输入视频数据32中，而不是独立的时钟信号，这时一个时钟数据恢复模块可以被用来恢复输入参考时钟31。
视频压缩模块103接收输入视频数据32并产生压缩后视频数据1031。
数据混合模块104混合接收视频格式信息100和压缩后视频数据1031，并根据预定义的格式产生发送端数据1041。
串行数据发送模块105接收发送端数据1041，并根据串行数据发送时钟1011定义的速率产生串行数据51，串行数据发送模块105通过编码将串行数据发送时钟1011嵌入在串行数据51中。编码包括但不限于8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码、随机扰码等。
视频接收装置2包括时钟数据恢复模块201和视频接收处理模块21，视频接收处理模块21包括数据解包模块202、视频解压缩模块203和视频格式再生模块204。
时钟数据恢复模块201接收来自视频发送装置1的串行数据51，恢复并产生视频接收模块时钟2011以及发送到视频接收设备4的输出参考时钟41，时钟数据恢复模块201也解码出接收端数据2012。
按照视频接收处理模块21及其包括的数据解包模块202、视频解压缩模块203和视频格式再生模块204的需求，视频接收模块时钟2011可以为一个时钟或多个频率不同的时钟，视频接收模块时钟2011与输出参考时钟41的时钟源都为嵌入在串行数据51中的串行数据发送时钟1011，所以视频接收模块时钟2011及输出参考时钟41与串行数据发送时钟1011之间都保持确定的频率关系，进而视频接收模块时钟2011与输出参考时钟41之间也保持确定的频率关系，当视频接收模块时钟2011包含多个频率不同的时钟时，其各个不同频率的时钟之间也保持确定的频率关系。进一步的，串行数据发送时钟1011产生自输入参考时钟31，所以输出参考时钟41与输入参考时钟31也保持确定的频率关系。
数据解包模块202接收接收端数据2012，并解析出视频格式信息100和解压缩前视频数据2022。
视频解压缩模块203接收解压缩前视频数据2022并产生解压缩后视频数据2031。
视频格式再生模块204接收视频格式信息100和解压缩后视频数据2031，并根据输出参考时钟41产生发送到视频接收设备4的输出视频数据42，视频格式再生模块204产生的输出视频数据42的每帧时间长度与输入视频数据32的对应帧的时间长度相等。
所述数据混合模块104可以对视频格式信息100进行前向纠错编码，并与接收的压缩后视频数据1031混合，根据预定义的格式产生发送端数据1041。
所述数据混合模块104也可以将视频格式信息100重复多次混合入发送端数据1041，这样在传输过程中，只有所有多次发送的视频格式信息100都因为无法纠正的错误而丢失时，才会造成接收端错误，进而可以增强可靠性。
下面结合以上实施例，对本发明的一种视频传输的实施方法进行说明，在该实施方法中，视频源设备3通过视频发送装置1和视频接收装置2将视频数据发送给视频接收设备4。
视频发送装置1接收视频源设备3发送过来的输入参考时钟31和输入视频数据32。
视频发送装置1接收输入参考时钟31并通过时钟锁相环模块101产生串行数据发送时钟1011，串行数据发送时钟1011与输入参考时钟31保持确定的频率关系。
视频发送装置1接收输入视频数据32并进行压缩产生压缩后视频数据1031。
视频发送装置1接收输入视频数据32并检测产生每一帧的视频格式信息100。
视频发送装置1对视频格式信息100和压缩后视频数据1031进行混合并产生串行数据51，视频发送装置1通过编码将串行数据发送时钟1011嵌入在串行数据51中。
视频接收装置2接收串行数据51，通过时钟数据恢复模块201恢复并产生发送到视频接收设备4的输出参考时钟41，输出参考时钟41与串行数据发送时钟1011进而与输入参考时钟31保持确定的频率关系。
视频接收装置2接收串行数据51，恢复并解析产生视频格式信息100和解压缩前视频数据2022。
视频接收装置2对解压缩前视频数据2022进行解压缩并根据输出参考时钟41及视频格式信息100产生输出视频数据42。
输出视频数据42中每帧时间长度与输入视频数据32的对应帧的时间长度相等。
所述输入视频数据32的每帧时间长度可以相同或者不同。
所述视频发送装置1可以对视频格式信息100进行前向纠错编码，并与压缩后视频数据1031混合，产生串行数据51。所述视频发送装置1也可以将视频格式信息100重复多次混合入串行数据51，这样在传输过程中，只有所有多次发送的视频格式信息100都因为无法纠正的错误而丢失时，才会造成接收端错误，进而可以增强可靠性。
上述实施例及实施方法中的视频发送装置1和视频源设备3之间的传输接口包括但不限于SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
上述实施例及实施方法中的视频接收装置2和视频接收设备4之间的传输接口包括但不限于SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
本发明一种视频传输系统及方法，通过在视频发送端实时的检测输入视频数据中每一帧的视频格式信息，并与压缩后视频数据进行混合，然后在视频接收端解析视频格式信息并对视频数据进行解压缩，从而精确复原输入视频的时序，解决了现有技术中以添加帧头标志的方法来处理视频同步的问题的缺陷，避免了由于视频压缩后较小的传输速率下帧头插入的时间间隔与时间点很难做到与原始图像一致，使得接收端很难或不能复原输入视频时序的问题。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做出任何形式上的限定，本发明请求的保护范围当以权利要求书所记载的内容为准，凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的一切简单变化、等同替换或分解合并，均仍属于本发明技术方案的请求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种视频传输方法，视频源设备(3)通过视频发送装置(1)和视频接收装置(2)将视频数据发送给视频接收设备(4)，其特征在于，所述方法包括：
视频发送装置(1)接收视频源设备(3)发送过来的输入参考时钟(31)和输入视频数据(32)，输入视频数据(32)由连续的帧组成，
视频发送装置(1)接收输入参考时钟(31)并通过时钟锁相环模块(101)产生串行数据发送时钟(1011)，串行数据发送时钟(1011)与输入参考时钟(31)保持确定的频率关系，
视频发送装置(1)接收输入视频数据(32)并进行压缩产生压缩后视频数据(1031)，
视频发送装置(1)接收输入视频数据(32)并检测产生每一帧的视频格式信息(100)，
视频发送装置(1)对视频格式信息(100)和压缩后视频数据(1031)进行混合并产生串行数据(51)，视频发送装置(1)通过编码将串行数据发送时钟(1011)嵌入在串行数据(51)中，
视频接收装置(2)接收串行数据(51)，通过时钟数据恢复模块(201)恢复并产生发送到视频接收设备(4)的输出参考时钟(41)，输出参考时钟(41)与串行数据发送时钟(1011)进而与输入参考时钟(31)保持确定的频率关系，
视频接收装置(2)接收串行数据(51)，恢复并解析产生每一帧的视频格式信息(100)和解压缩前视频数据(2022)，
视频接收装置(2)对解压缩前视频数据(2022)进行解压缩并根据输出参考时钟(41)及视频格式信息(100)产生输出视频数据(42)，
输入视频数据(32)的每帧时间长度可以相同或者不同，每帧的时间长度为每帧的像素长度除以像素时钟频率，其中的像素时钟频率与输入参考时钟(31)有确定已知的频率关系，
输出视频数据(42)中每帧时间长度与输入视频数据(32)的对应帧的时间长度相等。
2.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频格式信息(100)为组成输入视频数据(32)中每一帧的像素格式参数，包括水平分辨率HTOTAL、水平有效分辨率HACTIVE、垂直分辨率VTOTAL、垂直有效分辨率VACTIVE及尾行TAIL LINE参数，HACTIVE和VACTIVE定义了输入视频数据(32)中的有效图像部分，TAILLINE在一帧的结尾处，其长度可以为零，当其长度为零时，表示没有此TAIL LINE部分，当以像素点的个数表示时，每帧的像素长度为HTOTAL*VTOTAL+TAILLINE。
3.根据权利要求2所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频格式信息(100)中的HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE参数在不同帧中可以保持相同，或者HTOTAL、VTOTAL和TAIL LINE中的一个或多个参数在不同帧中可以不同，TAIL LINE可以为整数也可以为非整数，
所述视频格式信息(100)中的HACTIVE和VACTIVE在不同帧中保持相同。
4.根据权利要求3所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频格式信息(100)中的HTOTAL、HACTIVE、VTOTAL、VACTIVE及TAIL LINE参数在不同帧中保持不变的参数可以提前预设，而视频发送装置(1)只检测不同帧中变化的参数。
5.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频发送装置(1)对视频格式信息(100)进行前向纠错编码，并与压缩后视频数据(1031)混合后产生串行数据(51)。
6.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频发送装置(1)将视频格式信息(100)重复多次混合入串行数据(51)。
7.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
视频发送装置(1)通过编码将串行数据发送时钟(1011)嵌入在串行数据(51)中，所述编码为8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码或随机扰码。
8.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频发送装置(1)和视频源设备(3)之间的传输接口为SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
9.根据权利要求1所述的一种视频传输方法，其特征在于：
所述视频接收装置(2)和视频接收设备(4)之间的传输接口为SDI、HDMI、DisplayPort、MIPI、LVDS、ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656。
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