CN113329200A - 基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，包括：主机连接端、同轴电缆和摄像机连接端；主机连接端，包括：第一频段滤波器、第二频段滤波器、第三频段滤波器和FSK调制单元，FSK调制单元根据基准时钟信号对控制信号进行FSK调制；摄像机连接端包括：第一频段滤波器、第二频段滤波器、第三频段滤波器和第二频段还原模块，第二频段还原模块将接收到第二频段的信号还原出控制信号与基准时钟信号。本发明通过三个不同的频段传输三种不同类型的数据之余，还利用了FSK信号的特定，对FSK信号进行额外的时钟还原，从而实现通过一根同轴电缆完成电源、控制、视频和时钟四种不同类型信号的传输。
Description
技术领域
本发明涉及视频传输的技术领域，更具体地，涉及一种基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置。
背景技术
视频同轴电缆一般用于传输模拟视频信号。随着数字电视的出现，Social ofMotion Picture and Television Engineers(SMPTE、电影电视技术学会)制定了SerialDigital Interface(SDI、数字串行接口)标准，其目的是为了能够使用视频同轴电缆传输数字视频信号。
目前，利用频分复用的方法，可以仅通过一根同轴电缆完成电源、控制和视频三种不同类型信号的传输，从而可较大地简化工程布线，节约工程成本。
然而，在实际的视频录播当中，前端的摄像机和后端的主机之间还要进行时钟同步。上述的方法仅仅可以通过一根同轴电缆传输三种不同类型数据的信号，如果要增加传输时钟同步信号，那还是要另外增加线缆，增加了工程布线的工作量。
发明内容
针对目前不能通过一根同轴电缆完成电源、控制、视频和时钟四种不同类型数据的信号的传输，在数据传输的同时实现时钟同步，并保证时钟信号传输稳定的技术问题，本发明提供一种基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置。具体技术方案如下：
一种基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，包括：主机连接端、同轴电缆和摄像机连接端；
所述主机连接端与摄像机连接端通过所述同轴电缆连接；
主机连接端，包括：
主机连接端第一频段滤波器，用于与主机连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号；
FSK调制单元，用于接收控制信号与基准时钟信号，根据基准时钟信号对控制信号进行FSK调制，生成FSK信号；
主机连接端第二频段滤波器，与所述FSK调制单元连接，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号；
主机连接端第三频段滤波器，用于与电源电路连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号；
其中，第一频段的频率高于第二频段的频率，第二频段的频率高于第三频段的频率；
摄像机连接端，包括：
摄像机连接端第一频段滤波器，用于与摄像机视频信号接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号；
摄像机连接端第二频段滤波器，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号；
摄像机连接端第三频段滤波器，用于与摄像机的电源接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号；
第二频段还原模块，与所述摄像机连接端第二频段滤波器连接，用于对接收到第二频段的信号还原出控制信号与基准时钟信号；
其中，所述第二频段还原模块包括：
FSK解调单元，用于对接收到的第二频段的信号进行解调，得到控制信号；
时钟提取单元，用于提取接收到的第二频段的信号的时钟信号；
参考时钟单元，用于生成参考时钟信号；
判断单元，用于判断接收到的第二频段的信号是否稳定；
时钟选择单元，用于根据判断单元的判断结果，对时钟提取单元提取的时钟信号与参考时钟单元生成的参考时钟信号进行选通，输出时钟信号。
在一种实施方式中，所述摄像机连接端还包括：压控晶体振荡器；
所述压控晶体振荡器与所述第二频段还原模块的时钟信号输出端连接。
在一种实施方式中，所述摄像机连接端还包括：鉴相器；
所述第二频段还原模块通过所述鉴相器与所述压控晶体振荡器连接；
所述鉴相器的第一输入端接收第二频段还原模块输出的时钟信号，所述鉴相器第二输入端接收所述压控晶体振荡器输出的反馈信号。
在一种实施方式中，所述第二频段还原模块还包括：信号还原修复单元；
所述信号还原修复单元与所述摄像机连接端第二频段滤波器连接，用于对接收到的第二频段的信号进行还原修复；
FSK解调单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号；
时钟提取单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号；
判断单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号。
在一种实施方式中，所述参考时钟单元接收所述压控晶体振荡器输出的时钟信号，基于所述压控晶体振荡器输出的时钟信号生成所述参考时钟信号。
在一种实施方式中，所述摄像机连接端还包括：
摄像机连接端基准时钟单元，用于生成摄像机连接端基准时钟信号；
所述参考时钟单元接收所述摄像机连接端基准时钟信号，基于所述摄像机连接端基准时钟信号生成所述参考时钟信号；
所述信号还原修复单元基于所述生成摄像机连接端基准时钟信号对接收到的第二频段的信号进行还原修复。
在一种实施方式中，所述时钟提取单元还包括：存储缓冲部；
所述存储缓冲部用于将提取的时钟信号进行存储缓冲；
所述时钟选择单元根据判断单元的结果准备由时钟提取单元的时钟信号转为参考时钟单元的参考时钟信号时，先选取所述存储缓冲部中的时钟信号。
本发明通过FSK信号对控制信号进行传输，利用FSK信号的特点，通过FSK信号还原得出时钟，从而实现通过一根同轴电缆完成电源、控制、视频和时钟四种不同类型信号的传输，因而可以在数据传输的同时，实现时钟同步。另外，还设置本地参考时钟，在同轴电缆断开或信号不稳定时，使用本地参考时钟，保证了时钟信号输出的稳定性。最后，利用压控晶体振荡器(VCXO)对接收到的基准时钟信号进行整理，得到稳定的时钟输出。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的整体结构示意图。
图2是本发明一种第二频段还原模块整体结构示意图。
图3是本发明另一种实施方式的整体结构示意图。
图4是本发明又一种实施方式的整体结构示意图。
图5是本发明另一种第二频段还原模块整体结构示意图。
图6是本发明又一种第二频段还原模块整体结构示意图。
图7是本发明再一种第二频段还原模块整体结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\……”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\……”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\……”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
如图1所示，本发明基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置包括：主机连接端1、同轴电缆2和摄像机连接端3，主机连接端1与摄像机连接端3通过同轴电缆2连接。
主机连接端1一般是连接视频录播主机，其包括：主机连接端第一频段滤波器12、主机连接端第三频段滤波器11、主机连接端第二频段滤波器13和FSK调制单元14。
主机连接端第一频段滤波器12用于与主机连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号，第一频段是三个频段之中频率最高的频段，一般来说是用来传输视频信号的。主机当中有相对应的SDI芯片对第一频段滤波器12过滤后的信号进行解析。
主机连接端第三频段滤波器11用于与电源电路连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号，第三频段是三个频段之中频率最低的频段，一般来说是用来传输电源的。当然，电源电路本身所输出的频率也一般是在第三频段内的。但由于本发明是要通过一条同轴电缆传输多个不同频段的数据，所以设置第三频段滤波器11，保证输出的频率在预设的频段范围内，避免各个频段之间的信号互相干扰，本发明的其他过滤器也是起到相同的作用，往后关于滤波器的介绍就不再特别说明了。这里需要指出的是，第三频段滤波器11与电源电路之间可以增加检测电路和保护电路等，保证供电的稳定性和安全性。
FSK调制单元14用于接收控制信号与基准时钟信号，根据基准时钟信号对控制信号进行FSK调制，生成的FSK信号是第二频段的信号。对于基准时钟的信号，可以是25MHz。主机连接端第二频段滤波器13，与FSK调制单元14连接，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号。第二频段的信号是介乎于第一频段和第三频段之间的中频信号。第二频段滤波器13对FSK调制单元14生成的FSK信号进行进行过滤，得到合乎第二频段的信号。
同轴电缆2同时传输以上三个不同频段的信号。
摄像机连接端3一般是连接摄像机的，其包括：摄像机连接端第一频段滤波器32、摄像机连接端第三频段滤波器31、摄像机连接端第二频段滤波器33和第二频段还原模块34。
摄像机连接端第一频段滤波器32，用于与摄像机视频信号接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号。如前所述，第一频段是三个频段之中频率最高的频段，用来传输视频信号的，而视频信号也一般是在第一频段内的。摄像机当中也有相对应的SDI芯片对原始视频信号转换为符合SDI标准的视频信号。
摄像机连接端第三频段滤波器31，用于与摄像机的电源接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号。电源电路的信号通过第三频段传输到摄像机的电源接口，为摄像机提供电源。当然，第三频段滤波器31与摄像机的电源接口之间也可以增加检测电阻等元件，与前面说的检测电路和保护电路配合工作，保证供电的稳定性和安全性。
摄像机连接端第二频段滤波器33，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号。第二频段还原模块34与第二频段滤波器33连接，接收经过第二频段滤波器33过滤后的第二频段的信号，对该第二频段的信号进行还原，得出控制信号与基准时钟信号。
如图2所示，第二频段还原模块34包括：FSK解调单元342、时钟提取单元341、参考时钟单元343、判断单元344和时钟选择单元345。由于第二频段的信号是在三个频段信号中的中频信号，所以下面对于第二频段还原模块34的介绍中，也会用“中频信号”的描述来表示第二频段的信号。
FSK解调单元342将第二频段的信号进行数据解调处理，解调方式很多，具体可以是对比(接收端)预设的若干中频时钟信号，通过高频基准时钟源信1号对中频信号按照计算好的系数单位进行区分不同频点的中频时钟信号，按频移键控方法通过对频率变化传送数字信息。对某种(接收端)预设的波特率传输的串行信号进行数据解调，解调得到的串行数据为用户通信数据。
在某特定的应用场景中，可对预设的若干中频时钟信号指定为两种有相关性频点。
时钟提取单元341用于提取接收到的第二频段的信号的时钟信号，具体可以按照(接收端)预设的若干中频时钟，计算出一个与其有相关性且不高于预设的若干中频时钟的频点，通过高频基准时钟源信号对中频信号按照计算好的系数单位进行区分不同频点的中频时钟信号，将区分好的中频时钟信号与计算出的频点按照频率相关性各自转换为同源同频的中频源时钟信号。
参考时钟单元343用于生成参考时钟信号。
判断单元344用于判断收到的第二频段的信号是否稳定，并将判断结果发送给时钟选择单元345。
时钟选择单元345根据判断单元的判断结果，对时钟提取单元341的时钟信号与参考时钟单元343的参考时钟信号进行选通，输出时钟信号。
例如，当同轴电缆未接通时，判断单元344判断得出第二频段的信号是不稳定的，控制时钟选择单元345选择输出参考时钟单元343生成的参考时钟信号，实现主机连接端基准时钟源信号的同源控制；
当同轴电缆接通时，判断单元344判断得出第二频段的信号是稳定的，控制时钟选择单元345选通时钟提取单元341的时钟信号，由于该时钟信号由(接收端)的时钟信号提取得到的，所以实现高精度高稳定的动平衡的同源控制。
这里需要指出的是，经过时钟选择单元345输出的时钟，可以是最终的时钟，也可以是还需要进行升频或降频操作才能使用的时钟。另外，第二频段还原模块34可以通过各种电气元件组合得到，也可以直接通过FPGA实现。
本发明通过FSK信号对控制信号进行传输，利用FSK信号的特点，通过FSK信号还原得出时钟，从而实现通过一根同轴电缆完成电源、控制、视频和时钟四种不同类型信号的传输，因而可以在数据传输的同时，实现时钟同步。另外，还设置本地参考时钟，在同轴电缆断开或信号不稳定时，使用本地参考时钟，保证了时钟信号输出的稳定性。
在一种实施方式中，如图3所示，摄像机连接端3还包括：压控晶体振荡器(VCXO)35，压控晶体振荡器35与第二频段还原模块34的时钟信号输出端连接。压控晶体振荡器(VCXO)对接收到的时钟信号进行整理，得到稳定的时钟输出。这里需要指出的是，在压控晶体振荡器35之前，可以跟实际需要设置滤波器。
主机端通过中频段传输给摄像机端的时钟，经VCXO得到频率可比主机端发送出来的高、相等、或低；另外，VCXO的变化范围是有限的，不会大幅度的偏移导致摄像机系统的不稳定，频率是相对锁定的。
在一种实施方式中，如图4所示，摄像机连接端3还包括：鉴相器36。第二频段还原模块34通过鉴相器36与压控晶体振荡器(VCXO)35连接，鉴相器36的第一输入端接收第二频段还原模块34的时钟信号输出端输出的时钟信号，鉴相器36第二输入端接收压控晶体振荡器35输出的反馈信号。这里需要指出的是，控晶体振荡器35输出的反馈信号到输入鉴相器36之前，可以根据实际频率的需求，增加分频器。
鉴相器36将时钟提取单元选取的中频信号与VCXO输出后的反馈信号(或经过分频的反馈信号等)进行相位比较，通过控制两个信号使其保持同相位，频率也进行同样的控制，最终使VCXO输出的振荡频率能够跟踪输入信号的频率。
在一种实施方式中，如图5所示，第二频段还原模块3还包括：信号还原修复单元346。信号还原修复单元346与所述摄像机连接端第二频段滤波器33连接，用于对接收到的第二频段的信号进行还原修复，然后将修复后的信号分别发送给时钟提取单元341、FSK解调单元342和判断单元344。
从同轴电缆分离出来并经过滤波的第二频段频段信号在长距离的链路传输中，会出现不同形式的信号衰减，噪声叠加，分离出来的中频电信号存在电压幅值减弱，信号毛刺，回勾，时钟抖动，占空比变化情况。信号还原修复单元346对中频电信号进行高精度的还原修复。
信号还原修复单元346对中频电信号进行高精度的还原修复，对(接收端)预设的若干中频时钟信号，由一个高频基准时钟源信号对其同频率的分频操作，得到不同分频系数单位。用该高频基准时钟源信号以中频电信号的某一边缘信号为基准进行采集，用计算好的系数单位数据对采样结果进行分析，将连续跳变计算数据远低于预算单位的剔除，可消除信号毛刺，回勾情况，将采集的单位超过预算单位的，进行对应的电平跳变，可修复因信号丢失，时钟抖动，占空比变化情况。
在一种实施方式中，如图6所示，参考时钟单元接收所述压控晶体振荡器输出的时钟信号，基于所述压控晶体振荡器输出的时钟信号生成所述参考时钟信号。在这个实施例中，参考时钟单元的时钟输出来自于压控晶体振荡器输出的时钟信号。当然，压控晶体振荡器输出的时钟信号可以经过分频器等电气元件的处理后，才作为参考时钟输出。
在一种实施方式中，如图7所示，摄像机连接端3还包括：摄像机连接端基准时钟单元347。摄像机连接端基准时钟单元347用于生成摄像机连接端基准时钟信号。参考时钟单元接收所述摄像机连接端基准时钟信号，基于所述摄像机连接端基准时钟信号生成所述参考时钟信号，例如可以如图7所示，通过分频器348生成参考时钟信号。信号还原修复单元基于所述生成摄像机连接端基准时钟信号对接收到的第二频段的信号进行还原修复，即前面信号还原修复单元346中提及的高频基准时钟源信号。
在一种实施方式中，时钟提取单元341还包括存储缓冲部，所述存储缓冲部用于将提取的时钟信号进行存储缓冲；所述时钟选择单元根据判断单元的结果准备由时钟提取单元的时钟信号转为参考时钟单元的参考时钟信号时，先选取所述存储缓冲部中的时钟信号。这里需要指出的是，本领域技术人员可以根据实际需要确定存储缓冲部存储缓冲的量。
当同轴电缆从接通到拔掉的一段时间内，判断单元344判断接收到的第二频段的信号由稳定转向不稳定。这时，时钟选择单元345不是马上由时钟提取单元341的时钟信号转为参考时钟单元343的参考时钟信号，时钟选择单元345选取存储缓冲部中的时钟信号，通过控制时钟选择单元345按照(接收端)时钟信号同源控制，实现即使拔掉同轴电缆也可以按预设时间段内与原接收端进行近似同源控制，方便再次接入原接收端所消耗的同源同步时间。
通过上述方法，摄像机连接端选通的过程，频率切换是无缝的，切换的时候不会影响到摄像机端的基准时钟大幅波动，是相对平滑的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，包括：主机连接端、同轴电缆和摄像机连接端；
所述主机连接端与摄像机连接端通过所述同轴电缆连接；
主机连接端，包括：
主机连接端第一频段滤波器，用于与主机连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号；
FSK调制单元，用于接收控制信号与基准时钟信号，根据基准时钟信号对控制信号进行FSK调制，生成FSK信号；
主机连接端第二频段滤波器，与所述FSK调制单元连接，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号；
主机连接端第三频段滤波器，用于与电源电路连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号；
其中，第一频段的频率高于第二频段的频率，第二频段的频率高于第三频段的频率；
摄像机连接端，包括：
摄像机连接端第一频段滤波器，用于与摄像机视频信号接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第一频段的信号；
摄像机连接端第二频段滤波器，用于对接收到的信号进行过滤，得到第二频段的信号；
摄像机连接端第三频段滤波器，用于与摄像机的电源接口连接，对接收到的信号进行过滤，得到第三频段的信号；
第二频段还原模块，与所述摄像机连接端第二频段滤波器连接，用于对接收到第二频段的信号还原出控制信号与基准时钟信号；
其中，所述第二频段还原模块包括：
FSK解调单元，用于对接收到的第二频段的信号进行解调，得到控制信号；
时钟提取单元，用于提取接收到的第二频段的信号的时钟信号；
参考时钟单元，用于生成参考时钟信号；
判断单元，用于判断接收到的第二频段的信号是否稳定；
时钟选择单元，用于根据判断单元的判断结果，对时钟提取单元提取的时钟信号与参考时钟单元生成的参考时钟信号进行选通，输出时钟信号。
2.根据权利要求1所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，
所述摄像机连接端还包括：压控晶体振荡器；
所述压控晶体振荡器与所述第二频段还原模块的时钟信号输出端连接。
3.根据权利要求2所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，
所述摄像机连接端还包括：鉴相器；
所述第二频段还原模块通过所述鉴相器与所述压控晶体振荡器连接；
所述鉴相器的第一输入端接收第二频段还原模块输出的时钟信号，所述鉴相器第二输入端接收所述压控晶体振荡器输出的反馈信号。
4.根据权利要求3所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，所述第二频段还原模块还包括：信号还原修复单元；
所述信号还原修复单元与所述摄像机连接端第二频段滤波器连接，用于对接收到的第二频段的信号进行还原修复；
FSK解调单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号；
时钟提取单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号；
判断单元接收到的第二频段的信号为经过所述信号还原修复单元还原修复后的第二频段的信号。
5.根据权利要求4所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，
所述参考时钟单元接收所述压控晶体振荡器输出的时钟信号，基于所述压控晶体振荡器输出的时钟信号生成所述参考时钟信号。
6.根据权利要求4所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，所述摄像机连接端还包括：
摄像机连接端基准时钟单元，用于生成摄像机连接端基准时钟信号；
所述参考时钟单元接收所述摄像机连接端基准时钟信号，基于所述摄像机连接端基准时钟信号生成所述参考时钟信号；
所述信号还原修复单元基于所述生成摄像机连接端基准时钟信号对接收到的第二频段的信号进行还原修复。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于同轴电缆的时钟同步数据传输装置，其特征在于，所述时钟提取单元还包括：存储缓冲部；
所述存储缓冲部用于将提取的时钟信号进行存储缓冲；
所述时钟选择单元根据判断单元的结果准备由时钟提取单元的时钟信号转为参考时钟单元的参考时钟信号时，先选取所述存储缓冲部中的时钟信号。
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Cited By (1)
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- 2021-06-07 CN CN202110631202.6A patent/CN113329200B/zh active Active
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