CN109391839A - 一种自适应hdmi接口视频传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应HDMI接口视频传输装置。在发送装置中，视频源信号通过HDMI接收处理模块的自适应处理功能实现各种格式的信号转换，然后经过视频编码模块的H.264的视频压缩功能完成视频压缩处理和TS流格式的转换，最终通过射频发送模块发送出去。在接收装置中，射频接收模块将接收到的视频信号通过视频解码模块转换为YUV格式的视频数据，然后发送给HDMI接口发送处理模块做YUV数据到TMDS链路信号的转换处理工作，最终在显示屏上显示出来。本发明以FPGA为核心处理器，实现多种视频格式的高清视频数据的传输工作，采用高编码效率的硬件H.264压缩处理方式提高数据传输速率，同时降低了开发成本。
Description
技术领域
本发明是一种自适应HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)接口视频传输装置，属于数字信号传输领域，涉及HDMI接口以及视频编码压缩技术。利用自适应软件设计方法以及高效率的H.264视频压缩技术，提高高清视频数据的传输速率和传输效率。
背景技术
在无人机视频传输的应用中，对于视频的传输效率及稳定性要求比较高。但由于视频图像数据量十分庞大，其中包含了大量冗余数据。近年来出现了多种视频压缩编码的算法和技术，其中H.264算法对帧内预测、帧间预测编码以及熵编码等传统编码算法都进行了改进，具有高精度的运动估值、多参考帧运动估值的特点。同时H.264在数据传输过程中丢包和误码方面都有非常好的抗干扰性和网络适应能力，因此在无人机图像传输系统中为了传输高质量的图像，也使用H.264压缩技术来完成传输之前图像处理的工作，这样可以降低射频传输时信道带宽，从而提高信道传输效率。
本发明提供的一种自适应HDMI接口视频传输装置，不仅具传输多种视频格式的功能，而且能够实现对视频的H.264编码压缩，降低射频传输时信道带宽，具有较高的信道传输效率。
发明内容
本发明提供了一种自适应HDMI接口视频传输装置，视频发送系统(1)实现多种格式视频接收、TMDS链路信号转换为YUV视频格式和H.264编码的功能，并通过射频发送模块处理，经过天线发送；视频接收系统(2)则实现射频接收，并将接收到的数据经过H.264解码，然后YUV视频格式转换为TMDS链路信号，完成视频接收功能，本发明具有传输效率高和传输速率快的特点。
本发明所述的一种自适应HDMI接口视频传输装置，装置中相关模块之间连接关系及其功能如下：
1、一种自适应HDMI接口视频传输装置，由视频发送装置(1)和视频接收装置(2)组成，该装置实现方法如下：
1.1视频发送装置(1)中，高清数字视频信号由HDMI接口保护电路和HDMI接口接收处理模块完成TMDS-＞RGB-＞YUV4：2：2的视频信号压缩转换，然后通过视频编码压缩模块进行H.264视频压缩，同时进行压缩视频数据TS流封装输出，最终由射频发送模块通过天线发送；
1.2视频接收装置(2)中，射频接收模块通过天线接收到视频TS流数据，然后该TS流进入到视频解码模块进行H.264视频解码，输出YUV4：2：2格式的视频数据，最后由HDMI接口发送处理模块和HDMI接口保护电路完成YUV4：2：2-＞RGB-＞TMDS视频信号转换，将实时高清视频输出到显示屏中。
1.3适用于HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，该软件设计方法是根据HDMI接口的可传输的视频模式范围设计出包含所有常用视频模式参数文件，当发送端读取到接收端可接收的设计范围后，在该范围内调用文件中相对应的参数，配置视频输出；
2、根据权利要求1.1所述的视频发送装置(1)，其特征在于HDMI接口保护电路设计方法、HDMI接口接收处理模块的自适应视频接收软件、以及视频编码压缩模块的ARM+FPGA的控制解决方案；
2.1HDMI接口保护电路由HDMI接口、HDMI ESD保护芯片、宽带共模滤波器ACM2012D以及HDMI接口接收芯片组成，主要实现HDMI接口静电保护、电压转换以及滤波的功能；其中HDMI接口中3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线分别和HDMI ESD保护芯片输入端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线依次连接，HDMI ESD保护芯片输出端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线依次和4路ACM2012D相连，然后接入HDMI接口接收芯片相连，此连接方式可在静电保护和电压后有效抑制差分信号的共模干扰；
2.2HDMI接口接收处理模块的自适应视频接收软件适用于不同视频模式的EDID文件，可根据输入的视频源的输出范围选择对应的EDID文件编译存储到HDMI接口接收芯片中软件设计方法步骤为：
步骤1：首先通过HDMI接口中的DDC通道发送视频接收处理模块的EDID数据文件1；
步骤2：根据分析出的视频源的输出的视频格式以及对应的行、场同步信息的相应参数判定EDID数据文件1是否匹配，若不匹配，重置芯片操作，同时根据分析出的参数选择对应的EDID数据文件进行加载；
2.3视频编码压缩模块的ARM+FPGA的软件控制解决方案是将视频编码芯片的程序存储在内存中，ARM通过读取内存中数据发送给DDR，FPGA设计适用于视频编码芯片的输入时序的IP核读取DDR传输的时序，实现固件程序数据从内存输出到视频编码芯片的功能；
3、根据权利要求1.2所述的视频发送装置(2)，其特征在于HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，软件设计方法步骤如下：
步骤3.1：首先通过HDMI接口中的DDC通道获得显示器中的EDID数据，分析显示器中可支持的时序参数；
步骤3.2：根据分析出的显示器支持的时序参数寻址找到常用的视频参数文件对应的视频格式以及对应的行、场同步信息的相应参数；
步骤3.3：根据步骤2中确定的参数配置HDMI接口发送芯片的输出时钟频率寄存器以及DE、AVI参数寄存器信息；
4、根据权利要求3所述的自适应HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，其特征在于，所述步骤3.2中常用视频参数文件的寻址方式，该文件中根据结构体的方式存储视频参数，结构体内包括视频模式寻址代码、像素时钟频率、每行有效像素数，有效行数、有效像素点开始的位置，其中视频模式寻址代码与AVI中VIC码相同，可同时利用这个寻址代码配置AVI参数寄存器信息，使用效率。
本发明具有以下优势：
1、本发明中的HDMI接口保护电路增加了共模滤波，提高了HDMI接口的传输的稳定性。
2、本发明中的HDMI接口接收处理模块和HDMI接口发送处理模块软件增加了视频接收和发送的自适应处理过程，扩大了发明的使用范围。
3、本发明中的视频编码和解码模块采用H.264压缩编码技术，减少了系统带宽，增大了系统传输效率。
附图说明
图1是本发明的一种自适应HDMI接口视频传输装置整体框图；
图2是本发明的HDMI接口保护电路框图；
图3是本发明的HDMI接口接收处理模块软件流程图；
图4是本发明的HDMI接口发送处理模块软件流程图；
图5是本发明的视频编码软件控制框图；
具体实施
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述：
图1所示的是一种自适应HDMI接口视频传输装置整体框图，由视频发送装置(1)和视频接收装置(2)组成，在应用中摄像机拍摄到的视频数据通过HDMI接口发送到视频发送装置子系统中，将多种格式视频数据通过HDMI接口视频接收处理模块和视频编码模块处理为TS数据格式，控制模块ZYNQ7000通过USB口将TS流数据发送给射频发送模块，然后经过天线发射出去。视频接收装置通过天线接收视频的TS流数据，通过视频接收装置子系统将数据转换为HDMI接口上的TMDS链路信号，最终输出到显示屏中。
图2所示的是一种HDMI接口保护电路框图，由HDMI接口、HDMI ESD保护芯片、宽带共模滤波器ACM2012D以及HDMI接口接收芯片组成。其中HDMI接口中3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线分别和HDMI ESD保护芯片输入端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线依次连接，此时输入端的电压幅值为+5V，HDMI ESD保护芯片输出端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线的幅值为+3.3V，完成信号电压幅值转换的功能。然后将输出端的信号依次和4路ACM2012D相连，然后接入HDMI接口接收芯片相连，抑制差分信号的共模干扰。
图3所示的是HDMI接口接收处理模块软件流程图。由于选用的HDMI接口接收芯片有多个输入通道，因此程序先关闭所有通道的DDC通道数据传输。加载传输1080P视频格式的EDID文件1中的前256字节后，启动芯片内部的存储程序编译。当编译完成后，再加载EDID文件1中的后128字节数据，并再次启动芯片内部的存储程序编译。当所有的EDID文件1中的数据加载完之后，选择开启需要的输入通道的DDC通道数据传输，读取输入视频的数据。并通过输入视频信号，计算出输入视频的有效行、场有效像素数H和V。当H和V与EDID文件1的对应视频模式匹配时，根据RGB转YUV格式的公式配置视频输出；当H和V与EDID文件1的对应视频模式不匹配时，在文件系统中调取匹配的EDID文件重新进行加载，再根据RGB转YUV格式的公式配置视频输出，由此完成整个HDMI接口接收处理过程。
图4所示的是HDMI接口发送处理模块软件流程图，主要包括HDMI接口发送芯片读取EDID数据，并配置视频输出需要的DE和AVI数据的过程。首先，程序进行芯片初始化的必要寄存器的配置，然后将HDMI接口控制信号置为低电平，完成HDMI接口的初始化过程。使能中断操作之后，当检测到热插拔信号电平由0变为1，那么程序开始读取显示屏中的EDID数据，并存储到数组中。然后将这些数据进行解析，提取出显示屏的性能数据，包括视频的帧率、分辨率以及有效图像的相对位置等。根据解析出的数据中的视频分辨率的代码VIC寻址到常用视频文件中的各个参数的存储位置，然后使能TMDS输出，即HDMI接口输出。当判断到中断处理寄存器中的热插拔信号不为1时，终止程序；当热插拔信号为1时，判断接收器状态是否为1，当为1时，将下游接收器上点并进入HDCP链路验证程序；当不为1时，将下游接收器断电并终止程序。HDCP链路验证程序首先需要判断HDCP链路状态是否变化，当发生变化时，判断链路是否是受保护的，当受到保护时，进行HDCP验证；当不受保护时，输出当前链路的安全类型并结束程序。若HDCP链路状态未发生变化，则输出当前的链路状态值并结束程序。
图5所示的是视频编码软件控制框图，包括固件下载过程和编码后视频TS流输出过程。其中固件下载是由PS端读取到SD卡中的固件文件并将该文件中的数据存储到固定地址的DDR中，并由PS端控制DMA读取DDR中的数据传输到PL端的IP核中。PL端则设计一个IP核，该IP核输入端满足AXI-Stream接口时序，输出端满足TS流时序。当IP核接收到DMA传输过来的数据时，将数据转换到TS流接口时序，并将该数据发送给视频编码芯片，芯片接受完整的固件数据后就会启动内部系统开始工作。当视频编码过程开始后，YUV格式的视频通过芯片内部的视频数据接收模块、Scaler以及H.264编码引擎完成视频编码过程，通过TS流接口输出。IP核读取到TS流数据，并将该数据时序转换为AXI接口时序，然后发送给DMA，PS端通过DMA读取编码后的视频数据并存储到DDR中，等待下一步处理。
本发明实现多种格式视频稳定传输，通过H.264编码算法降低传输数据量，提高数据传输速率，可以应用在无线高清视频传输中。
Claims (4)
1.本发明所述的一种自适应HDMI接口视频传输装置，装置中相关模块之间连接关系及其
功能如下：
一种自适应HDMI接口视频传输装置，由视频发送装置(1)和视频接收装置(2)组成，该装置实现方法如下：
1.1视频发送装置(1)中，高清数字视频信号由HDMI接口保护电路和HDMI接口接收处理模块完成TMDS->RGB->YUV4∶2∶2的视频信号压缩转换，然后通过视频编码压缩模块进行H.264视频压缩，同时进行压缩视频数据TS流封装输出，最终由射频发送模块通过天线发送；
1.2视频接收装置(2)中，射频接收模块通过天线接收到视频TS流数据，然后该TS流进入到视频解码模块进行H.264视频解码，输出YUV4∶2∶2格式的视频数据，最后由HDMI接口发送处理模块和HDMI接口保护电路完成YUV4∶2∶2->RGB->TMDS视频信号转换，将实时高清视频输出到显示屏中；
1.3适用于HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，该软件设计方法是根据HDMI接口的可传输的视频模式范围设计出包含所有常用视频模式参数文件，当发送端读取到接收端可接收的设计范围后，在该范围内调用文件中相对应的参数，配置视频输出。
2.根据权利要求1.1所述的视频发送装置(1)，其特征在于HDMI接口保护电路设计方法、HDMI接口接收处理模块的自适应视频接收软件、以及视频编码压缩模块的ARM+FPGA的控制解决方案；
2.1 HDMI接口保护电路由HDMI接口、HDMI ESD保护芯片、宽带共模滤波器ACM2012D以及HDMI接口接收芯片组成，主要实现HDMI接口静电保护、电压转换以及滤波的功能；其中HDMI接口中3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线分别和HDMI ESD保护芯片输入端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线依次连接，HDMI ESD保护芯片输出端的3路TMDS数据信号线和1路TMDS时钟信号线依次和4路ACM2012D相连，然后接入HDMI接口接收芯片相连，此连接方式可在静电保护和电压后有效抑制差分信号的共模干扰；
2.2 HDMI接口接收处理模块的自适应视频接收软件适用于不同视频模式的EDID文件，可根据输入的视频源的输出范围选择对应的EDID文件编译存储到HDMI接口接收芯片中软件设计方法步骤为：
步骤1：首先通过HDMI接口中的DDC通道发送视频接收处理模块的EDID数据文件1；
步骤2：根据分析出的视频源的输出的视频格式以及对应的行、场同步信息的相应参数判定EDID数据文件1是否匹配，若不匹配，重置芯片操作，同时根据分析出的参数选择对应的EDID数据文件进行加载；
2.3视频编码压缩模块的ARM+FPGA的软件控制解决方案是将视频编码芯片的程序存储在内存中，ARM通过读取内存中数据发送给DDR，FPGA设计适用于视频编码芯片的输入时序的IP核读取DDR传输的时序，实现固件程序数据从内存输出到视频编码芯片的功能。
3.根据权利要求1.2所述的视频发送装置(2)，其特征在于HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，软件设计方法步骤如下：
步骤3.1：首先通过HDMI接口中的DDC通道获得显示器中的EDID数据，分析显示器中可支持的时序参数；
步骤3.2：根据分析出的显示器支持的时序参数寻址找到常用的视频参数文件对应的视频格式以及对应的行、场同步信息的相应参数；
步骤3.3：根据步骤2中确定的参数配置HDMI接口发送芯片的输出时钟频率寄存器以及DE、AVI参数寄存器信息。
4.根据权利要求3所述的自适应HDMI接口的自适应视频发送软件设计方法，其特征在于，所述步骤3.2中常用视频参数文件的寻址方式，该文件中根据结构体的方式存储视频参数，结构体内包括视频模式寻址代码、像素时钟频率、每行有效像素数，有效行数、有效像素点开始的位置，其中视频模式寻址代码与AVI中VIC码相同，可同时利用这个寻址代码配置AVI参数寄存器信息，使用效率。
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