CN114554027A - 一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，属于视音频处理技术领域，该方法包括以下步骤：S1、建立视频输入系统、视频处理系统和视频输出显示系统；S2、输入视频流数据，并建立SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块；S3、对视频流数据进行数据处理；S4、解嵌处理；S5、将视频数据存储到DDR2芯片；S6、对音频数据的响度进行自动控制；S7、加嵌处理；S8、将视频数据和同步时钟串化成HD‑SDI/3G‑SDI视频流；S9、显示图像。解决了HD‑SDI/3G‑SDI内嵌音频响度不一致以及处理后声音与视频不同步的问题。
Description
技术领域
本发明涉及视音频处理技术领域，更具体地说，它涉及一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法。
背景技术
在广播电视播出系统中，我们在日常收看电视、电影时能看到各种类型的节目，有多频道、多语种之间的切换，时常会出现切换过程音量大小不一致、视频与声音不同步的问题，给用户带来很大的困扰。
广电行业视频流是来自摄像机采集，无压缩的高速串行数字接口(SDI) ，HD-SDI/3G-SDI串行速率分别达到了1.485Gbit/s和2 .97Gbit/s的高速率，对接收端的硬件设备要求较高。常用处理方法就是采用专用芯片做HD-SDI/3G-SDI视音频加解嵌，再用专用芯片做视音频处理，但这样虽满足了功能上的需求，但增加了多个专用芯片分别做信号接收发送和信号处理，造成PCB面积增大、成本高且芯片资源利用率低。对于多路音频的实时处理，如果采用ARM处理，加大了音频输出的延时，实时性的指标也很难达到要求。
有鉴于此，本发明提供一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，具体为一种HD-SDI/3G-SDI嵌入音频处理及视音频同步输出处理方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，解决了HD-SDI/3G-SDI内嵌音频响度不一致以及处理后声音与视频不同步的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，包括以下步骤：
S1、建立视频输入系统、视频处理系统和视频输出显示系统；
S2、输入视频流数据，并在视频处理系统中建立SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块；
S3、通过GTP高速收发器对视频流数据进行数据处理，且通过管脚和布线资源引入，以提取时钟和并行数据；
S4、通过所述SDI解嵌模块进行解嵌处理；
S5、所述视频数据同步模块利用DDR做帧缓存，将视频数据存储到DDR2芯片；将视频数据同步与同步信号进行输出，保障系统同步播出；
S6、所述音频数据处理模块通过AGC算法对音频数据的响度进行自动控制，按广电标准将音频输出响度控制在-24LKFS输出；
S7、通过所述SDI加嵌模块进行加嵌处理；
S8、通过所述SDI_TX发送模块，将视频数据和同步时钟串化成的HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统；
S9、所述视频输出显示系统接受所述SDI_TX发送模块发送过来的数据，并显示图像。
进一步优选为：所述视频输入系统包括用于提供信号源且带有HD-SDI、3G-SDI接口的视频播出卡；
视频处理系统包括FPGA处理器、DDR存储芯片及其外围电路；
视频输出显示系统包括3G-SDI监视器；
所述视频播出卡的HD-SDI、3G-SDI接口分别与所述FPGA处理器通信连接，所述FPGA处理器输出端与所述3G-SDI监视器输入端连接，以通过所述3G-SDI监视器显示处理效果。
进一步优选为：在步骤S2中，所述视频播出卡将视频流数据分别通过HD-SDI接口和3G-SDI接口输入到FPGA处理器中；在FPGA处理器中建立数据输入模块SDI_RX、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和数据输出模块SDI_TX。
进一步优选为：在步骤S3中，所述GTP高速收发器为XILINX FPGA高速收发器GTP；所述GTP高速收发器对HD-SDI/3G-SDI视频流进行数据处理，且通过专用的管脚和布线资源引入到所述FPGA处理器的高速收发口提取时钟和并行数据。
进一步优选为：所述SDI_RX接收模块包括RX串行数据输入、GTPOUTCLK并行时钟、RXDATA[19:0]并行数据。
进一步优选为：所述SDI解嵌模块解嵌处理过程如下：首先20bit并行SDI数据输入到 SDI解嵌模块；然后通过EAV检测找到SDI信号中的音频数据包所在的区域提取出音频数据，将解嵌出来的数字音频数据写入自定义的音频FIFO中准备等待处理；而剩下的20位并行视频数据输入到所述视频数据同步模块进行处理。
进一步优选为：在步骤S6中，用表示一个选通块包含的帧的数量，那么在响度AGC算法中，第个选通块的响度定义如下：
其中，Gi代表音频信号增益因子，Zij代表过零率；
在音频AGC处理中，用yi(n)代表经过AGC处理的第i帧数字音频信号，xi(n)代表这一帧原始的数字音频信号，Gi表示这一帧的音频信号增益因子，整个音频AGC处理过程可以用如下公式表示：
进一步优选为：在步骤S7中，所述SDI加嵌模块通过同步信号提取的音频读时钟读出自定义音频缓存FIFO中的音频数据，即AGC处理后的音频数据；同时通过EAV检测找到20位并行视频数据的音频数据包所在的区域，将AGC处理后数字音频信号加嵌到相应的音频数据包中。
进一步优选为：SDI_TX发送模块包括TXUSRCLK2：上升沿把数据输入GTP内；TXUSRCLK：同步TXDATA[19:0]数据位。
进一步优选为：在步骤S8中，SDI_TX发送模块将并行的20位视频数据和同步时钟串化成HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、视音频经过了同步处理，解决HD-SDI/3G-SDI内嵌音频响度不一致以及处理后声音与视频不同步的问题；音频经过AGC处理，解决了音量大小不一致的问题。即解决了视音频同步问题以及音频大小不一致问题。
2、本发明采用XILINX FPGA+DDR芯片，系统集成度高，节省了SDI收发芯片、SDI加解嵌芯片，节约了PCB布线面积和成本。
3、用FPGA硬件实现相对于软件实现在实时性上具有很大优势，FPGA内部模块化设计，可扩展性好，可对两路以上视频流进行设计，如多路视频切换器。
附图说明
图1是实施例的流程框图，主要用于体现HD-SDI/3G-SDI嵌入音频处理及视音频同步输出处理方法；
图2主要用于体现SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块之间的传输关系；
图3主要用于体现提取时钟和并行数据的过程；
图4主要用于体现SDI解嵌模块解嵌处理过程；
图5主要用于体现视频数据同步模块同步处理过程；
图6是AGC算法的处理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例：一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、建立视频输入系统、视频处理系统和视频输出显示系统。
优选的，视频输入系统包括用于提供信号源且带有HD-SDI、3G-SDI接口的视频播出卡；
视频处理系统包括FPGA处理器、DDR存储芯片及其外围电路；
视频输出显示系统包括3G-SDI监视器；
视频播出卡的HD-SDI、3G-SDI接口分别与FPGA处理器通信连接，FPGA处理器输出端与3G-SDI监视器输入端电性或通信连接，以通过3G-SDI监视器显示处理效果。
S2、输入视频流数据，并在视频处理系统中建立SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块。
优选的，视频播出卡将视频流数据分别通过HD-SDI接口和3G-SDI接口输入到FPGA处理器中；
在FPGA处理器中建立SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块；
SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块之间的传输关系参照图2。
S3、通过GTP高速收发器对视频流数据进行数据处理，且通过管脚和布线资源引入，以提取时钟和并行数据。
优选的，GTP高速收发器为XILINX FPGA高速收发器GTP；
参照图3，GTP高速收发器直接对HD-SDI/3G-SDI视频流进行数据处理，且通过专用的管脚和布线资源引入到FPGA处理器的高速收发口提取时钟和并行数据；
SDI_RX接收模块包括RX串行数据输入、GTPOUTCLK并行时钟、RXDATA[19:0]并行数据。
S4、通过SDI解嵌模块进行解嵌处理。
参照图4，优选的，SDI解嵌模块解嵌处理过程如下：首先20bit并行SDI数据输入到SDI解嵌模块；然后通过EAV检测找到SDI信号中的音频数据包所在的区域提取出音频数据，将解嵌出来的数字音频数据写入自定义的音频FIFO中准备等待处理；而剩下的20位并行视频数据输入到视频数据同步模块进行处理。
S5、视频数据同步模块利用DDR做帧缓存，将视频数据存储到DDR2芯片；将视频数据同步与同步信号进行输出，保障系统同步播出。
参照图5，优选的，视频数据同步模块利用DDR做帧缓存，将视频数据存储到DDR2芯片，FPGA设计上使用流水线设计和乒乓设计，从而降低视频同步处理的延时；将视频数据同步与同步信号进行输出，保障系统同步播出。FPGA内部模块化设计，对视音频的缓存做了参数化处理，能灵活调整视音频的同步。
S6、音频数据处理模块通过AGC算法对音频数据的响度进行自动控制，按广电标准将音频输出响度控制在-24LKFS输出。
优选的，音频数据处理模块设计了一种AGC算法，对音频数据的响度进行自动控制，按广电标准将音频输出响度控制在-24LKFS（响度参数可调）输出，从而达到长时间控制音量在一个稳定范围内，给观众带来较好的听感。
参照图6，AGC算法如下：
用表示一个选通块包含的帧的数量，那么在响度AGC算法中，第个选通块的响度定义如下：
其中，Gi代表音频信号增益因子，Zij代表过零率。
在音频AGC处理中，用yi(n)代表经过AGC处理的第i帧数字音频信号，xi(n)代表这一帧原始的数字音频信号，Gi表示这一帧的音频信号增益因子，整个音频AGC处理过程可以用如下公式表示：
其中Xi(n)和Yi(n)代表着实时输入和输出系统的音频信号，Gi代表着AGC算法计算的音频信号增益因子。
S7、通过SDI加嵌模块进行加嵌处理。
优选的，SDI加嵌模块通过同步信号提取的音频读时钟读出自定义音频缓存FIFO中的音频数据，即AGC处理后的音频数据；同时通过EAV检测找到20位并行视频数据的音频数据包所在的区域，将AGC处理后数字音频信号加嵌到相应的音频数据包中。
S8、通过SDI_TX发送模块，将视频数据和同步时钟串化成的HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统。
优选的，SDI_TX发送模块包括TXUSRCLK2：上升沿把数据输入GTP内；TXUSRCLK：同步TXDATA[19:0]数据位。
通过SDI_TX发送模块，将并行的20位视频数据和同步时钟串化成HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统，即3G-SDI监视器。
S9、视频输出显示系统，即3G-SDI监视器，接受SDI_TX发送模块发送过来的数据，并显示图像。
视音频经过了同步处理，解决HD-SDI/3G-SDI内嵌音频响度不一致以及处理后声音与视频不同步的问题；音频经过AGC处理解决了音量大小不一致的问题。
以上所述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修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、建立视频输入系统、视频处理系统和视频输出显示系统；
S2、输入视频流数据，并在视频处理系统中建立SDI_RX接收模块、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和SDI_TX发送模块；
S3、通过GTP高速收发器对视频流数据进行数据处理，且通过管脚和布线资源引入，以提取时钟和并行数据；
S4、通过所述SDI解嵌模块进行解嵌处理；
S5、所述视频数据同步模块利用DDR做帧缓存，将视频数据存储到DDR2芯片；将视频数据同步与同步信号进行输出，保障系统同步播出；
S6、所述音频数据处理模块通过AGC算法对音频数据的响度进行自动控制，按广电标准将音频输出响度控制在-24LKFS输出；
S7、通过所述SDI加嵌模块进行加嵌处理；
S8、通过所述SDI_TX发送模块，将视频数据和同步时钟串化成的HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统；
S9、所述视频输出显示系统接受所述SDI_TX发送模块发送过来的数据，并显示图像。
2.根据权利要求1所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：所述视频输入系统包括用于提供信号源且带有HD-SDI、3G-SDI接口的视频播出卡；
视频处理系统包括FPGA处理器、DDR存储芯片及其外围电路；
视频输出显示系统包括3G-SDI监视器；
所述视频播出卡的HD-SDI、3G-SDI接口分别与所述FPGA处理器通信连接，所述FPGA处理器输出端与所述3G-SDI监视器输入端连接，以通过所述3G-SDI监视器显示处理效果。
3.根据权利要求2所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：在步骤S2中，所述视频播出卡将视频流数据分别通过HD-SDI接口和3G-SDI接口输入到FPGA处理器中；在FPGA处理器中建立数据输入模块SDI_RX、SDI解嵌模块、音频数据处理模块、视频数据同步模块、SDI加嵌模块和数据输出模块SDI_TX。
4.根据权利要求2所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：在步骤S3中，所述GTP高速收发器为XILINX FPGA高速收发器GTP；所述GTP高速收发器对HD-SDI/3G-SDI视频流进行数据处理，且通过专用的管脚和布线资源引入到所述FPGA处理器的高速收发口提取时钟和并行数据。
5.根据权利要求1所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：所述SDI_RX接收模块包括RX串行数据输入、GTPOUTCLK并行时钟、RXDATA[19:0]并行数据。
6.根据权利要求1所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：所述SDI解嵌模块解嵌处理过程如下：首先20bit并行SDI数据输入到 SDI解嵌模块；然后通过EAV检测找到SDI信号中的音频数据包所在的区域提取出音频数据，将解嵌出来的数字音频数据写入自定义的音频FIFO中准备等待处理；而剩下的20位并行视频数据输入到所述视频数据同步模块进行处理。
7.根据权利要求6所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：在步骤S6中，用表示一个选通块包含的帧的数量，那么在响度AGC算法中，第个选通块的响度定义如下：
其中，Gi代表音频信号增益因子，Zij代表过零率；
在音频AGC处理中，用yi(n)代表经过AGC处理的第i帧数字音频信号，xi(n)代表这一帧原始的数字音频信号，Gi表示这一帧的音频信号增益因子，整个音频AGC处理过程可以用如下公式表示：
8.根据权利要求7所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：在步骤S7中，所述SDI加嵌模块通过同步信号提取的音频读时钟读出自定义音频缓存FIFO中的音频数据，即AGC处理后的音频数据；同时通过EAV检测找到20位并行视频数据的音频数据包所在的区域，将AGC处理后数字音频信号加嵌到相应的音频数据包中。
9.根据权利要求8所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：SDI_TX发送模块包括TXUSRCLK2：上升沿把数据输入GTP内；TXUSRCLK：同步TXDATA[19:0]数据位。
10.根据权利要求9所述的一种音频嵌入处理及视音频同步输出处理方法，其特征在于：在步骤S8中，SDI_TX发送模块将并行的20位视频数据和同步时钟串化成HD-SDI/3G-SDI视频流输出到视频输出显示系统。
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|---|
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