CN113411641A - 数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统，生成待传输的数据帧；确定所述待传输的数据帧的帧头和帧数据；将所述帧头和帧数据分开传输。本发明将帧头和帧数据通过不同接口进行分开传输，不仅有利于实时控制和查询，还提高了数据传输的速率和效率，能够低成本地实现数据的高速实时传输，适用于高分辨率和高数据率的显示场景。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域，尤其涉及一种数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统。
背景技术
随着科学技术的发展，为了提高观看者的体验感，显示屏的分辨率越来越高，比如4K分辨率、8K分辨率等。而随着显示屏分辨率的提高，对于数据传输的速率和效率也相应地提出了要求。
为了适应显示屏高分辨率的要求，解决显示屏控制系统中显示发送单元和显示接收单元之间出现的带宽受限问题，现有的主流连接方式是以以太网PHY芯片为驱动，实现CAT5/6网线最高1000Mbps的传输带宽。如果要进一步扩展来适应更高分辨率更远距离的显示屏的数据传输，则通常需要借助高速的外围通道，比如采用光纤、高速同轴线等，但是，这种方式会造成成本的显著提高。并且，有些硬件系统由于其自身的整体架构限制也不利于扩展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统，能够低成本地实现数据的高速实时传输。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种数据传输方法，包括步骤：
生成待传输的数据帧；
确定所述待传输的数据帧的帧头和帧数据；
将所述帧头和帧数据分开传输。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种数据接收方法，包括步骤：
从第一接口接收发送端发送的数据帧的帧头；
从与所述第一接口不同的第二接口接收所述发送端发送的数据帧的帧数据。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种发送端，包括第一存储器、第一处理器及存储在所述第一存储器上并可在所述第一处理器上运行的第一计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现上述数据传输方法中的各个步骤。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种接收端，包括第二存储器、第二处理器及存储在所述第二存储器上并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现上述数据接收方法中的各个步骤。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种通信系统，包括上述发送端和接收端。
本发明的有益效果在于：将接收到的待传输的数据帧的帧头和帧数据分开传输，分开传输的帧头和帧数据有利于实时控制和查询，提高了数据传输的速率和效率，能够低成本地实现数据的高速实时传输，非常适合于对于高分辨率和数据率显示有要求的场景，比如高分辨率的显示屏的数据传输。
附图说明
图1为本发明实施例的一种数据传输方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种数据接收方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例的一种发送端的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种接收端的结构示意图；
图5为本发明实施例的一种通信系统的结构示意图；
图6为本发明实施例的LED显示屏控制系统的结构示意图；
图7为本发明实施例的显示发送端的结构示意图；
图8为本发明实施例的视频数据分割的示意图；
图9为本发明实施例的音频数据分割的示意图；
图10为本发明实施例的由显示发送端和显示接收端构成的LED显示屏控制系统的结构框图；
图11为本发明实施例的显示接收端的结构示意图；
图12为本发明实施例的显示接收端对接收的数据帧的处理流程图；
图13为本发明实施例的显示发送端与显示接收端的交互流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
名词解释：
FPGA：FieldProgrammable GateArray，现场可编程逻辑阵列；
HDBaseT：一种标准，除了提供视频信号传输功能外，还具有网络连接以及以太网供电功能；
DDR：DataDirection Register，数据方向寄存器；
Ethernet：以太网；
I2C：一种双向二进制同步串行总线；
I2C Master：I2C主机；
I2C Slave：I2C从机；
PoH：PoweroverHDBaseT，通过HDBaseT进行供电；
AXI：Advanced eXtensible Interface，一种总线协议；
CAT5/6：5类/6类网络线；
UART：串行异步通信接口
I2S：一种音频数据传输的总线；
CRC：Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验；
FIFO：FirstInputFirst Output，先进先出存储器；
HDMI：HighDefinitionMultimedia Interface，一种全数字化视频和声音发送接口。
本发明上述数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统能够适用于任何类型的数据传输中，比如LED显示屏的数据传输中，特别适用于高帧率、高分辨率以及高像素位宽的显示屏数据传输中，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
如图1所示，本实施例以数据发送端的角度来描述数据传输方法，包括步骤：
S101、生成待传输的数据帧；
具体的，数据发送端如LED发送卡接收待传输的数据，该待传输的数据可以为视频源数据，如视频、图像等，也可以为音频源数据，然后根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧，所述数据帧的帧头包含用于指示所述数据帧的类型的类型标识；也就是说，类型标识与数据帧存在一一映射关系，不同的数据帧对应不同的类型标识，通过该映射关系及类型标识，可以唯一确定该类型标识对应的数据帧。需要说明的是，该数据发送端预先设置并存储所需的帧格式，该帧格式的数据结构符合HDBaseT协议传输需求，以便于数据能够顺畅传输。在实际运用中，为了兼容并满足不同应用场景，本申请实施例中预先设置的帧格式可以自定义设置，也就是说，根据需求自定义设置传输的协议包，如自定义设置不同数据帧的帧头字段。
S102、确定所述待传输的数据帧的帧头和帧数据；
具体地，数据帧的数据结构包括帧头和帧数据。在实际运用中，LED发送卡解析该数据帧，得到该数据帧的帧头和帧数据。数据帧根据功能应用的不同可以分为显示帧、控制帧、查询帧和校正帧。不同的数据帧的帧数据对应的数据结构是不同的。其中，显示帧包括场同步帧和视频帧，用于HDBaseT通道内传输视频源数据对应的像素，以便于各数据接收端如各接收卡同步接收相应的数据。校正帧用于识别和指示相应的接收卡进行数据校正等。
S103、将所述帧头和帧数据分开传输。
为了更进一步提高数据传输的速度和效率，尤其是在资源有限的应用场景下，将解析后得到的帧头和帧数据通过不同的接口传输，从而极大提升带宽，可以实现从4K低分辨率到8K高分辨率应用场景。也就是说，帧头和帧数据不是从同一个传输通道传输，而是分别从不同的传输通道传输。
基于S101～S103，将接收到的待传输的数据帧的帧头和帧数据分开传输，分开传输的帧头和帧数据有利于实时控制和查询，提高了数据传输的速率和效率，能够低成本地实现数据的高速实时传输，非常适合于对于高分辨率和数据率显示有要求的场景，比如高分辨率的显示屏的数据传输。
本实施例中，将上述数据传输方法应用于LED显示屏控制系统的数据传输中用以解决控制系统中显示发送端和显示接收端之间存在的宽带受限问题，图6所示为LED显示屏控制系统的基本框架图，包括显示发送端和显示接收端，二者之间传输各种数据类型的帧头和帧数据，显示接收端将接收到的音视频数据传输至显示屏进行显示；
其中，显示发送端的结构示意图如图7所示，其包括一个FPGA(现场可编程逻辑阵列器件)和四个HDBaseT发送芯片，其主要用于外部视频源(包括行场信号)接收、发送音视频/控制/查询数据到显示接收端、接收来自显示接收端的控制回馈/查询回馈数据等；显示接收端接收来自发送端的音视频/控制/查询数据后，进行LED显示屏的驱动显示、根据控制数据执行相应动作并反馈数据给显示发送端、根据查询数据反馈待查询数据给显示发送端，具体的，显示发送端可以是一个发送卡；
HDBaseT技术是超高清数字传输的全球标准，它通过一条普通网线传输无压缩的超高清音视频、以太网信号、控制信号、USB信号和高达100W的电源，最远传输距离可达100米/328英尺，HDBaseT避免了繁杂线缆的困扰，并且毫无传输性能和质量损失(视频无压缩)，目前有1.0，2.0和3.0三个演化版本，本实施例采用3.0版本的VS3000系列芯片；
以8K@60fps的显示处理系统的实现为例进行说明，如图7所示，8K视频源通过HDMI2.1或者DP1.4协议接口输入到显示发送端，显示发送端解析出视频数据、行场同步信号和音频数据输入到音视频源输入模块,然后经过内存访问模块输入到显示发送端内存(DDR3/DDR4)，当需要读取数据时，从内存中读取数据，然后通过组帧数据发送模块通过HDBaseT芯片相应的接口发送至显示接收端，除了发送音视频数据，显示发送端还发送控制数据和查询数据，即显示发送端传输的数据包括音视频数据、控制数据和查询数据；
具体传输时，如图7所示，所述根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧包括：
根据预设的帧格式将音视频数据、控制数据和查询数据分别组帧生成音视频帧、控制帧和查询帧；
所述音视频帧的帧数据包括视频帧数据和音频帧数据；
在一个可行的实施例中，S103具体包括：
将所述音视频帧的帧头、控制帧的帧头和查询帧的帧头均通过网络接口传输；
将所述视频帧数据通过HDMI接口传输；
将所述音频帧数据通过I2S接口传输；
将所述控制帧的帧数据和查询帧的帧数据通过UART/I2C串行接口传输。
也就是说，任意数据帧的帧头均通过同一接口进行传输，在本发明实施例中，该接口为网络接口。而数据帧的帧数据传输需要根据数据帧所属类型来匹配对应的接口进行传输。具体地，音视频帧中的视频帧的帧数据(即视频帧数据)对应HDMI接口，音视频帧中的音频帧的帧数据(即音频帧数据)对应I2S接口，控制帧的帧数据和查询帧的帧数据均对应UART/I2C串行接口。
这样，通过自定义方式对待传输的数据进行划分组帧，将不同类型的数据帧的帧数据分开传输，实现了高效率帧的自定义，进一步提高了数据传输效率，非常适用于传输高色深、高帧率、高分辨率的视频数据，将其应用于显示屏的数据传输的应用场景，通过这种数据传输方式能够提高了显示屏控制系统中单个接收卡的输入、输出带宽，从而使得单个接收卡的带载能力增强，需要的接收卡数量会减少，从而能够减少控制系统接收卡数目，降低了系统成本和风险。
进一步地，音视频帧的帧头即同步帧(即场同步帧)，其通过对8K视频源解析获取行场同步信号确定，即根据行场同步信号得到场同步帧，在解析出场同步信号后，按照帧包所需要的数据填充组包生成场同步帧，以8K为例，完整的场同步帧填充后以及各个字段表示的含义如表1、表2所示：
表1
表2
上述场同步帧通过Ethernet接口传输，而8K视频源解析后得到的音频数据和视频数据则分别经过组音频帧数据发送模块和组视频帧数据发送模块组成音频帧数据和视频帧数据，然后分别通过对应的I2S接口和HDMI接口传输，其中，视频帧数据还支持3D模式。
如图7所示，在组帧模块通过网络接口(Ethernet)发送场同步帧的时候，同时通过HDMI接口和I2S接口分别发送视频帧数据和音频帧数据。具体地，组帧模块首先通过网络接口Ethernet发送同步帧，同时通过HDMI接口发送视频帧数据和I2S接口传输音频帧数据，同步体现在每一帧像素的每一帧和每一行开始都会发同步帧，以指明当前传输的帧号和行号，这和HDMI接口的视频帧数据和I2S接口的音频帧数据保持同步输出。
除了发送音视频帧，显示发送端还发送控制帧和查询帧，如图7所示，这些帧由显示发送端的系统功能控制模块发起并组帧，控制帧和查询帧可以一对一传输，也可以广播传输；
对于控制帧，如果是一对一传输，需要定义发送设备号和接收设备号。在实际运用中如在LED显示屏控制系统中，显示接收端主要包括接收模块，其中，接收模块可以是接收卡，显示发送端的序号固定为0，串行通道紧连着的接收模块序号为1，如果是广播传输，则接收设备号为0xFF，假设显示发送端发送一个控制帧数据0x0001020304050607给1号接收模块，其帧头格式如表3所示：
表3
| 帧头 | 发送设备号 | 接收设备号 | 数据CRC |
| 一个字节 | 一个字节 | 一个字节 | 4字节 |
| 0x08 | 0x00 | 0x01 | 32bitCRC |
假设这个控制帧的帧头设置为0x08，检测该控制帧是否携带数据，若该控制帧带有数据，则将控制帧的帧头通过网络接口传输，控制帧的帧数据则通过I2C/UART通道传输，其中，UART优先用于显示发送端和某个接收模块点对点通信，而I2C则优先用于广播通道数据传输，I2C或者UART的数据格式符合通用的接口数据格式，比如I2C支持8bit，高达800KHz速率传输，UART支持8-N-1模式，数据传输高达速率1Mbps；
表3内容由网络接口发送，帧数据0x0001020304050607由I2C/UART传输完成，表3中的CRC值就是数据0x0001020304050607的32bit CRC值，用于接收后的数据核对；
同样的，对于发送查询帧，如果是一对一传输，同样需要定义发送设备号和接收设备号，发送卡的序号固定为0，串行通道紧连着的接收卡序号为1，如果是广播传输，则接收设备号为0xFF，假设显示发送端发送一个查询帧0x0010203040508070给1号接收模块，其帧格式如表4所示：
表4
| 帧头 | 发送设备号 | 接收设备号 | CRC值 |
| 一个字节 | 一个字节 | 一个字节 | 4字节 |
| 0x80 | 0x00 | 0x01 | 32bitCRC |
假设查询帧的帧头为0x80，检测查询帧是否携带数据，如果查询帧带有数据，则查询帧帧头通过网络接口传输，查询帧的帧数据则通过I2C/UART通道传输，UART优先用于显示发送端和某个接收模块点对点通信，I2C则优先用于广播通道数据传输，I2C或者UART的数据格式符合通用的接口数据格式，比如I2C支持8bit，高达800KHz速率传输，UART支持8-N-1模式，数据传输高达速率1Mbps；
表4内容由网络接口发送，帧数据0x0010203040508070由I2C/UART传输完成，表4中的CRC值就是数据0x0010203040508070的32bit CRC值，用于接收后的数据核对；
根据图7所示，HDBaseT发送芯片的寄存器需要被配置管理，这是通过FPGA实现的，接口是I2C，FPGA实现I2C Master，HDBaseT发送芯片作为I2C Slave；
显示发送端还通过HDBaseT RJ45线为所有接收模块提供多达400W电源，每个HDBaseT通道提供峰值100W电源，由此，音视频数据、控制数据、查询数据和电源都经由HDBaseT通道发送到了接收模块；
本实施例为了解决LED显示屏控制系统显示发送端和显示接收端之间宽带受限问题，将HDBaseT传输协议应用于LED显示屏控制系统显示发送端与显示接收端的接收模块之间的数据传输中，仍以CAT5/6网线为基础，实现高达16Gbps正向传输带宽和2Gb/s反向传输带宽,系统内部数据传输主要使用自定义帧(音视频帧、控制帧和查询帧)，正向传输通道主要传输视频显示数据及相关帧包数据，本实施例中，帧头和帧数据是分开传输的，这几种帧的帧头主要通过网络接口，视频帧数据通过HDMI接口(单个接口最高4K@60fps)，音频帧数据通过I2S接口，控制帧和查询帧对应的帧数据通过UART/I2C串行接口，分离的数据传输提高了数据传输和处理效率从而实现了控制系统内部显示发送端和显示接收端之间高速高效率视频数据传输。
并且，由于通过自定义帧格式，显示发送端将数据拆分成多个类型的数据帧并通过不同接口并行传输给显示接收端，能够实现显示接收端中单个接收模块的输入输出带宽的提高，可以明显减少接收模块的数目，并且将HDBaseT芯片作为显示发送端和显示接收端的核心，大大降低了显示发送端和显示接收端FPGA的物料成本；此外，能够支持I2C/UART等控制数据通道双工传输，支持模组配置和状态查询，同时也实现了控制系统内部电源的PoH(Power over HDBaseT)传输，显示发送端和显示接收端的接收模块之间可以相互供电，接收模块不再额外使用LED显示屏电源，减少对LED显示屏电源的规格要求。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，进一步限定了如何将音视频数据存入内存以及从内存中读取数据，具体的，写数据先进入FIFO模块完成数据缓存、同步以及数据位宽转换，AXIWrite模块再把数据通过写突发传输模式写入内存；当需要从内存读取数据时，AXIRead模块从内存中通过读突发传输模式从内存中读取数据，然后进入FIFO，完成数据缓存、同步，最后得到读数据，借助FIFO和AXI协议实现了对数据的同步写入以及同步读取，保证了数据传输的有序性和鲁棒性；
假设8K发送视频是10-bit色深，内存读写的应用数据宽度是128，那么这里FIFO需要完成的数据位宽转换就是30转128bit,另外读数据不需要数据位宽转换，因为后面的发送模块单个通道的数据位宽也是128bit，AXI Write和AXI Read通过AXI复用模块同时连接内存应用接口，音频数据位宽预留16bit，音频存储操作和视频一样，只是位宽总宽为16bit；
具体的，当要将所述音视频帧的帧数据进行传输时，将所述音视频帧的帧数据保存到第一FIFO中并进行同步以及数据位宽转换；
基于AXI协议从所述第一FIFO中读取所述音视频帧的帧数据，并通过突发传输模式将读取的所述音视频帧的帧数据写入内存；
当要从内存中读取数据时，基于AXI协议从所述内存中以突发传输模式读取所述音视频帧的帧数据；
将读取的所述音视频帧的帧数据保存至第二FIFO中并同步；
根据显示模组预设块数对同步后的音视频帧的帧数据进行分割，并将分割后的帧数据通过与所述帧数据对应的接口进行同步传输，即当所述帧数据为视频帧数据时，其对应的接口为HDMI接口，当所述帧数据为音频帧数据时，其对应的接口为I2S接口；
其中，显示接收端中的每个接收模块固定驱动自己所连接的显示模组，所以视频如果要显示到LED屏上，需要分割传输和显示，假设8K显示屏共分割4*4＝16块，每个小块的显示区域是1920*1080，按2X2对接收模块分组，则一共需要四组，每组4个串联接收模块，总共需要驱动3840*2160个像素点，相应的需要4条并行的HDBaseT通道，视频分割显示示意图如图8所示，视频分割后，4组像素通过4组接收模块，然后每组像素又通过4个串行通道往第一个接收模块发送，单个分组的3840*2160视频数据通过HDBaseT传输到第一个接收模块，4组接收模块的工作流程一致，由于这4个串行通道是非并行使用，而是单独使用，所以彼此之间需要同步，这里选用了FIFO完成这个同步和数据位宽转换功能，这里是128转128*4的数据位宽，转换完成后同步进入组帧发送模块；
音频的分割就是复制，音频复制后通过I2S接口传输，另外音频可以在每个接收卡设置一个音频输出口，在经过同步输出后，可以形成一个4X4的音频输出阵列，如图9所示；
HDBaseT 3.0版本协议中指出单根RJ45线共提供双向18Gbps带宽，其中16Gbps用于正向传输，2Gbps用于反馈通道(音视频无反馈)，可以用于4K@60fps4:4:48/10bit采样率数据的无压缩传输，也就是说本实施例提供的连接方法，单根RJ45线可以连接4K标准视频，而在复用方案中可以在增加通路数的情况下，支持8K标准视频，比如，本实施例中，四路HDBaseT通道并行传输，能够支持8K标准视频；
本实施例中，根据显示模组的预设块数对音视频进行分割，并通过多条并行的HDBaseT进行传输，采用多路并行HDBaseT通道实现了带宽的提升，可以实现8K@60fps视频分辨率和帧率，并且借助HDBaseT的audio传输，可以实现单音频单根CAT5/6网线传输，并在每个接收模块布局，形成声场设计。
实施例三
本实施例与实施例一或实施例二的不同在于，所述待传输的数据还包括校正数据；
其中，所述根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧包括：
根据预设的帧格式将所述校正数据组帧生成校正帧；
所述S103包括：
将所述校正帧的帧头通过网络接口传输；
将所述校正帧的帧数据通过HDMI接口传输。
具体的，校正系数RGB也是30bit，和显示数据即视频帧数据发送过程是一样的，包括校正数据的区域划分也如图8所示，只需要更换场同步帧为校正帧的帧头即可，校正帧的帧数据则通过HDMI接口传输，校正帧的帧头的数据结构及各个字段的定义如表5、表6所示：
表5
表6
校正帧的帧头通过网络接口传输，校正帧的帧数据(即校正数据)通过HDMI接口传输，该帧数据，即校验数据需要以单个接收模块为单位进行校准，即1920*1080的像素区域。
本实施例将显示校正数据和视频数据同步通过HDBaseT HDMI接口，提高了校正数据的传输效率，能够实现更快地传输和显示校正数据，并且高效的数据传输也可以支持三维RGB校正数据传输。
实施例四
本实施例以数据接收端的角度来描述数据接收方法，在LED显示屏控制系统中，显示接收端主要包括接收模块，显示发送端包括发送模块，由显示发送端和显示接收端构成的LED显示屏控制系统的结构框图如图10所示，发送模块与各个接收模块之间以及串行连接的各个接收模块之间都是通过HDBaseT通道实现通信传输；
以8K@60fps的显示处理系统的实现为例，控制系统包括1个发送模块，4x4个接收模块，单组接收模块串行通道数为4，单个串行通道的正向传输速率为16Gbps，系统传输总带宽为16x4＝64Gbps，系统内(发送模块和接收模块之间、接收模块和接收模块之间)所有的串行通道都是一样的速度，一样的物理参数，可以做到完全对称，也就是说，接收模块可以任意调换位置而不影响功能，比如8K系统内任意一条串行通道的速度都是16Gbps；
显示接收端的结构示意图如图11所示，其从不同的接口接收数据发送端发送的数据帧的帧头和帧数据；
即如图2所示，一种数据接收方法，包括步骤：
S201、从第一接口接收发送端发送的数据帧的帧头；
S202、从与所述第一接口不同的第二接口接收所述发送端发送的数据帧的帧数据；
其中，S201和S202是同时进行的，没有先后顺序，接收端从两个不同的接口并行地接收发送端发送的数据帧的帧头和帧数据；
其中，接收的数据帧根据预设的帧格式和接收的数据的类型生成；
所述S202包括：
从不同的第二接口接收所述发送端发送的不同类型的数据对应的数据帧的帧数据，所述第二接口与所述第一接口不同；
具体的，显示接收端接收的数据帧包括音视频帧、控制帧和查询帧；
所述音视频帧的帧数据包括视频帧数据和音频帧数据；
从网络接口接收数据传输终端发送的所述音视频帧的帧头、控制帧的帧头和查询帧的帧头；
从HDMI接口接收数据传输终端发送的视频帧数据；
从I2S接口接收数据传输终端发送的音频帧数据；
从UART/I2C串行接口接收数据传输终端发送的所述控制帧的帧数据和查询帧的帧数据；
在另一个可选的实施方式中，接收的数据帧包括校正帧；
所述从不同的接口接收数据传输终端发送的数据帧的帧头和帧数据包括：
从网络接口接收数据传输终端发送的所述校正帧的帧头；
从HDMI接口接收数据传输终端发送的所述校正帧的帧数据；
本实施例中，通过自定义的高效率帧格式，将显示数据、控制数据以及查询数据分别组帧形成显示帧、控制帧以及查询帧，并将各个类型的数据帧的帧头和帧数据分开传输，通过不同的接口接收帧头和帧数据，能够保证发送端和接收端之间数据传输的有序高效的进行。
实施例五
本实施例在实施例四的基础上，进一步限定了显示接收端如何基于不同类型的数据帧执行对应的操作，具体的：
显示接收端中的接收模块确定接收的数据帧的类型；
根据所述数据帧的类型执行对应的操作；
其中，所述帧头包含指示与其对应的数据帧的类型的类型标识；
所述确定接收的数据帧的类型包括：
根据接收的所述数据帧的帧头包含的类型标识确定所述帧头对应的数据帧的类型；
所述数据帧的类型包括音视频帧、控制帧、查询帧和校正帧，比如，音视频帧的帧头中的类型标识为0x00，控制帧的帧头中的类型标识为0x08，查询帧的帧头中的类型标识为0x80，校正帧的帧头中的类型标识为0x05，则根据帧头中的类型标识，接收卡能够方便快速地解析出接收到的对应的数据帧的类型；
如图10、图11所示，四种类型的数据帧到达序号1的接收模块后，先经过HDBaseT接收芯片解包解析，分别从网络接口输出各个类型的数据帧的帧头，并对应从HDMI接口输出视频帧数据和校正帧数据，从I2S接口输出音频帧数据，从UART/I2C输出控制帧的帧数据和查询帧的帧数据；
接着先经过一个帧解析模块，通过帧解析模块根据帧头接收模块从网络接口接收到的各个类型的数据帧的帧头判断其对应的数据帧的类型，如图12所示，若所述数据帧帧头为音视频同步帧，则其对应的数据帧为音视频帧，则根据所述帧头生成场同步信号，并通过帧数据获取模块从对应的接口获取与当前数据接收端，即当前接收模块对应的显示区域的音视频帧的帧数据，即截留1号接收模块显示的1920x1080显示区域数据，根据所述场同步信号进行所述帧数据的同步显示，并将所述音视频帧的帧头和帧数据通过不同的接口透明传输，即音视频帧的帧头通过网络接口透明传输至下一接收卡，视频帧数据通过HDMI接口透明传输至下一接收卡；
其中，场同步信号输入给系统控制模块，这个信号用来系统控制同步驱动LED显示屏场显示，同步时钟都为HDMI像素时钟，在截取到对应的帧数据后，同发送模块一样缓存入内存，并从内存中读取数据，提供给系统控制模块用于LED显示屏刷新显示图像内容，在进行透明传输时，场同步帧、视频帧数据和音频帧数据原封不动地传递给帧同步发送模块进行透明发送以传递给2号接收模块；
若所述数据帧为控制帧或者查询帧，检测所述数据帧的帧头携带的接收设备标识是否为当前数据接收终端的标识，若是，判断所述数据帧的帧数据是否携带数据，若携带，则提取所述数据，把数据缓存入RAM模块，并提取控制输入的参数和查询参数输入给系统控制模块，若不携带，则根据所述数据帧的帧数据的内容进行反馈，若否，则将所述数据帧的帧头和和帧数据通过不同的接口透明传输，即控制帧的帧头和查询帧的帧头通过网络接口透明传输至下一接收模块，控制帧的帧数据和查询帧的帧数据通过UART/I2C串行接口透明传输至下一接收模块；
若所述数据帧为校正帧，则从对应的接口获取与当前数据接收模块对应的显示区域的校正帧的帧数据，并将所述校正帧的帧头和帧数据通过不同的接口透明传输，即校正帧的帧头通过网络接口透明传输至下一接收模块，校正帧的帧数据通过HDMI接口透明传输至下一接收模块；
另外，HDBaseT发送芯片和接收芯片的寄存器需要被配置管理，这也是通过FPGA实现的，接口是I2C，FPGA实现I2C Master，HDBaseT发送和接收芯片作为I2C Slave；
这样接收模块1接收并处理了各种类型的数据帧，并将各种类型的数据帧的帧头和帧数据透明传输至接收模块2，接收模块2和接收模块1完全对称，采用同样的处理流程，各类型的数据帧又传递到了接收模块3，经过同样的处理流程，最后到达4号接收模块，并进行同接收模块1的操作，3840*2160的视频数据都以发送模块发出的行场同步信号作为同步信号进行显示；
同样的，如图10所示，有4组这样的串联接收模块，显示像素总数都是3840*2160，第二组显示图8中的第二组3840*2160像素数据，第三组显示图8中的第三组3840*2160像素数据，第四组显示图8中的第四组3840*2160像素数据，一幅完整的8K图像就在LED显示屏上以60fps帧率显示，并且这四组串联接收模块组都以发送模块发送的行场信号作为同步信号；
计算下8K视频有效数据传输速率(假设LED显示设备正常工作，没有控制帧和查询帧)，1s传输的总的有效数据是7680*4320*30*60bit，其中7680是总的行像素数，4320是总的列像素数，30是RGB像素bit数，60是帧率，这些都是走HDMI通道传输，没有额外的帧包数据，数据有效率达到100％，传输速率为55.619Gbps，HDBaseT带宽有效利用率为55.619Gbps/64Gbps＝86.9％；
本实施例中，基于接收的数据帧的不同帧格式确定对应的帧类型，从而进行对应的数据处理，在数据处理的同时会对接收到的各种不同类型的数据帧通过不同的接口并行透明传输，保证了数据传输的有效性和高效性。
实施例六
请参照图3，一种发送端1，包括第一存储器2、第一处理器3及存储在所述第一存储器2上并可在所述第一处理器3上运行的第一计算机程序，所述第一处理器3执行所述第一计算机程序时实现实施例一至三中任一个所述的一种数据传输方法中的各个步骤；
本实施例中的数据传输终端1可以认为是LED显示屏控制系统中的显示发送端，也可以认为是显示发送端中的发送模块。
实施例七
请参照图4，一种接收端4，包括第二存储器5、第二处理器6及存储在所述第二存储器5上并可在所述第二处理器6上运行的第二计算机程序，所述第二处理器6执行所述第二计算机程序时实现如实施例四或实施例五所述的一种数据接收方法中的各个步骤；
本实施例中的数据传输终端1可以认为是LED显示屏控制系统中的显示接收端，也可以认为是显示接收端中的接收模块；
由显示发送端和显示接收端构成了一个通信系统7，其系统结构图如图5所示；
图13所示为该通信系统7中显示发送端和显示接收端的工作流程图：
显示发送端的串行通道数据确认模块，用于发送接收模块连接查询帧以确认连接串行通道数，显示接收端中每个接收模块的串行通道数反馈模块接收到接收模块连接查询帧后，透明传输所述接收模块连接查询帧，并发送查询反馈帧报告各自串行通道连接情况；
显示发送端的控制帧发送模块，用于在接收到查询帧反馈帧后，配置相关寄存器，发送控制帧给所有接收模块，接收模块的控制帧反馈模块接收到控制帧后，透明传输控制帧，并解析配置数据，对相应寄存器进行设置，发送控制反馈帧给显示发送端；
显示发送端的显示帧发送模块用于通过HDMI2.1接收8K视频并拆分成4组3840*2160像素数视频，发送音视频帧给每组接收模块，接收模块的显示帧显示模块接收音视频帧，透明传输音视频帧，并同步显示像素数据到LED显示模组。
综上所述，本发明提供的一种数据传输方法、接收方法、发送端、接收端及通信系统，根据显示模组的预设块数将接收到的音视频数据进行分割形成多路并行通路，每一并行通路基于HDBaseT进行传输，并根据自定义帧格式将接收到的数据生成不同类型的数据帧，不同类型的数据帧的帧数据以及帧头通过不同的接口进行并行传输，不仅有利于实时控制和查询，还提高了数据传输的速率和效率，实现了控制系统的远距离控制以及网络、音视频数据的远距离高速实时传输，提高了显示屏控制系统中单个接收模块的输入、输出带宽，从而使得单个接收模块的带载能力增强，需要的接收模块数量会减少，从而能够减少控制系统接收模块数目，降低了系统成本和风险，对于高分辨率和数据率显示场景非常适合，并且实现了多路音频输出到LED显示屏，有助于做声场设计，同时采用了显示数据和校正数据的高速实时传输，降低了校正数据切换的反应时间，并且实现了控制系统内部显示发送端对多接收模块的网络供电，使得接收模块和LED屏电源独立，提高了系统稳定性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (17)
1.一种数据传输方法，其特征在于，包括步骤：
生成待传输的数据帧；
确定所述待传输的数据帧的帧头和帧数据；
将所述帧头和帧数据分开传输。
2.根据权利要求1所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述将所述帧头和帧数据分开传输包括：
将所述帧头和帧数据通过不同的接口传输。
3.根据权利要求1所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述生成待传输的数据帧包括：
接收待传输的数据，根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧，所述数据帧的帧头包含用于指示所述数据帧的类型的类型标识；
所述将所述帧头和帧数据分开传输还包括：
将不同类型的数据对应的数据帧的帧数据分开传输。
4.根据权利要求3所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述待传输的数据包括音视频数据、控制数据和查询数据；
所述根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧包括：
根据预设的帧格式将音视频数据、控制数据和查询数据分别组帧生成音视频帧、控制帧和查询帧；
所述音视频帧的帧数据包括视频帧数据和音频帧数据；
所述将所述帧头和帧数据分开传输包括：
将所述音视频帧的帧头、控制帧的帧头和查询帧的帧头均通过网络接口传输；
将所述视频帧数据通过HDMI接口传输；
将所述音频帧数据通过I2S接口传输；
将所述控制帧的帧数据和查询帧的帧数据通过UART/I2C串行接口传输。
5.根据权利要求3所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述待传输的数据还包括校正数据；
所述根据预设的帧格式和所述待传输的数据的类型生成与所述类型对应的数据帧包括：
根据预设的帧格式将所述校正数据组帧生成校正帧；
所述将所述帧头和帧数据分开传输还包括：
将所述校正帧的帧头通过网络接口传输；
将所述校正帧的帧数据通过HDMI接口传输。
6.根据权利要求4所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述将所述视频帧数据通过HDMI接口传输，将所述音频帧数据通过I2S接口传输包括：
将所述音视频帧的帧数据保存到第一FIFO中并进行同步以及数据位宽转换；
基于AXI协议从所述第一FIFO中读取所述音视频帧的帧数据，并通过突发传输模式将读取的所述音视频帧的帧数据写入内存；
从所述内存中读取所述音视频帧的帧数据，并将所述帧数据通过与所述帧数据对应的接口进行传输；
当所述帧数据为视频帧数据时，其对应的接口为HDMI接口；
当所述帧数据为音频帧数据时，其对应的接口为I2S接口。
7.根据权利要求6所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述从所述内存中读取所述音视频帧的帧数据，并将所述帧数据通过与所述帧数据对应的接口进行传输包括：
基于AXI协议从所述内存中以突发传输模式读取所述音视频帧的帧数据；
将读取的所述音视频帧的帧数据保存至第二FIFO中并同步；
根据预设的显示模组块数对同步后的音视频帧的帧数据进行分割，并将分割后的帧数据通过与所述帧数据对应的接口进行同步传输。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述帧头和帧数据均基于HDBaseT协议传输。
9.一种数据接收方法，其特征在于，包括步骤：
从第一接口接收发送端发送的数据帧的帧头；
从与所述第一接口不同的第二接口接收所述发送端发送的数据帧的帧数据。
10.根据权利要求9所述的一种数据接收方法，其特征在于，接收的数据帧根据预设的帧格式和接收的数据的类型生成；
所述从与所述第一接口不同的第二接口接收所述发送端发送的数据帧的帧数据包括：
从不同的第二接口接收所述发送端发送的不同类型的数据对应的数据帧的帧数据，所述第二接口与所述第一接口不同。
11.根据权利要求9所述的一种数据接收方法，其特征在于，还包括步骤：
确定接收的数据帧的类型；
根据所述数据帧的类型执行对应的操作。
12.根据权利要求11所述的一种数据接收方法，其特征在于，所述帧头包含用于指示与其对应的数据帧的类型的类型标识；
所述确定接收的数据帧的类型包括：
根据接收的所述数据帧的帧头包含的类型标识确定所述帧头对应的数据帧的类型。
13.根据权利要求11或12所述的一种数据接收方法，其特征在于，所述数据帧的类型包括音视频帧、控制帧、查询帧和校正帧；
所述根据所述数据帧的类型执行对应的操作包括：
判断所述数据帧的类型；
若所述数据帧为音视频帧，则根据所述音视频帧对应的帧头生成场同步信号，并从所述音视频帧对应的接口获取与当前接收端对应的显示区域的音视频帧的帧数据，并根据所述场同步信号进行所述帧数据的同步显示，同时将所述音视频帧的帧头和帧数据通过不同的接口透明传输；
若所述数据帧为控制帧或者查询帧，则从控制帧或者查询帧对应的接口获取所述数据帧的帧头；
检测所述数据帧的帧头携带的接收设备标识是否为当前接收端对应的标识；
若否，则将所述数据帧的帧头和和帧数据通过不同的接口透明传输；
若是，然后判断所述数据帧的帧数据是否携带数据；
若携带，则提取所携带的数据；
若不携带，则根据所述数据帧的帧数据的内容进行反馈；
若所述数据帧为校正帧，则从所述校正帧对应的接口获取与当前接收端对应的显示区域的校正帧的帧数据，并将所述校正帧的帧头和帧数据通过不同的接口透明传输。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的一种数据接收方法，其特征在于，基于HDBaseT协议接收发送端发送的数据帧的帧头和帧数据。
15.一种发送端，包括第一存储器、第一处理器及存储在所述第一存储器上并可在所述第一处理器上运行的第一计算机程序，其特征在于，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现如权利要求1-8任意一项所述的一种数据传输方法中的各个步骤。
16.一种接收端，包括第二存储器、第二处理器及存储在所述第二存储器上并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，其特征在于，所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现如权利要求9-14任意一项所述的一种数据接收方法中的各个步骤。
17.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求15所述的发送端和如权利要求16所述的接收端。
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