CN1154343C - 帧同步装置及其方法 - Google Patents

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CN1154343C CNB971215421A CN97121542A CN1154343C CN 1154343 C CN1154343 C CN 1154343C CN B971215421 A CNB971215421 A CN B971215421A CN 97121542 A CN97121542 A CN 97121542A CN 1154343 C CN1154343 C CN 1154343C
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Abstract

一种对具有一个数字接口的系统进行同步的帧同步装置及其方法。通过提取从外部源经数字接口传输的信号中的帧时间信息、根据该提取的帧时间信息产生一个延迟预定时间的帧复位信号以及根据该产生的帧复位信号复位整个系统而使该系统同步。另外，彩色脉冲串信号在数字接口方式期间自由振荡，以便配合具有变化周期的帧复位信号。

Description

帧同步装置及其方法
发明领域
本发明涉及一种帧同步装置及其方法，用于实现在一个音频/视频(A/V)装置中具有数字接口的系统的同步化。
背景技术
随着几乎所有的A/V装置的数字化，一个装置可以由另一个使用数字接口的装置控制。当接收到动画数据时，具有该数字接口的装置必须被同步，否则不能正确恢复该动画。实现这一状态的装置称为帧同步装置。
图1是一个常规的帧同步装置方框图。数字接口(DIF)110用一个数字纪录和再现装置(这里是一个从属系统)使传送传输包的外部装置(这里是一个主系统)同步。它经由一个周期定时器113，一个时间标记提取器114和一个比较器115通过提取在数字接口模式期间接收到的传输包中的时间标记，根据从在该时间标记中的帧开始时间信息中提取的一个帧脉冲(frame_dif)操作一个PLL电路120，使用一个分频器130分开在PLL电路120中产生的一个时钟信号，把用分开的时钟信号同步后的一个帧复位脉冲(frp)施加到频道编码器140和源解码器150，以及把用分开的时钟信号同步的水平同步后信号(H_sync)和一个场信号(field)加到视频编码器实现这一点。这里，具有内部总线界限的数字纪录和再现装置，表示数字视频盒式录像机和所有数字视频摄像机(DVC)系统，诸如数字摄录一体机。数字纪录和再现装置包括一个由一个源编码器(未示出)和一个频道编码器140构造的纪录系统，和包括一个由一个频道解码器(未示出)、一个源解码器150和一个视频解码器160构造的再现系统。图1所示PLL电路120的PD表示一个相位鉴频器。LPF指示一个低通滤波器。VCXO表示一个压控晶体振荡器。
当一个系统需要的同步信号，例如频道编码器140、源解码器150和视频编码器160需要的同步信号在分频器130中产生时，则数据从FIFO存储器112读出并经由AV总线传输到频道编码器140和源解码器150。该数据根据基于在分频器130中产生的帧复位脉冲(frp)的固定定时期间产生的一个控制信号(CON)被读取。此时，在视频编码器160内由帧锁定产生一个彩色脉冲串信号以接收作为输入的水平同步信号(H_sync)和场信号(field)。系统保持4个场序列或8个场序列。为在NTSC广播制式中接收彩色和单色广播信号，除非保持这4个场序列，否则彩色脉冲串信号的图像质量会变坏，因为由于行之间的相差为180°，每4个场的相位相同。在PAL广播制式中的彩色脉冲串信号中，需要保持8个场序列，因为每8个场的相位相同，这是由于行之间的相位差为270°。
图2是示于图1中的分频器130的详细方框图。分频器130包括一个用于从PLL电路120接收一个18MHz的频率信号和计数行数的第一行计数器131、一个计数像素的第一像素计数器132、一个用于接收第一行计数器和第一像素计数器的输出并产生帧复位脉冲(frp)的系统帧复位脉冲发生器133、一个用于从PLL电路120接收一个13.5MHz的频率信号和计数行数的第二行计数器134、一个计数像素的第二像素计数器135和一个接收第二行计数器和第二像素计数器的输出并产生一个水平同步信号(H_sync)和场信号(field)的视频编码同步发生器136。在数字接口方式期间，PLL电路120锁定一个以54MHz振荡的时钟信号到一个在数字接口110中产生的15Hz的帧脉冲(frame_dif)，并将该时钟信号作为系统时钟提供到分频器130。分频器130分隔系统时钟并产生一个频道编码器140、源解码器150和视频编码器160需要的同步信号。这里，当用主系统的帧脉冲进行同步后的同步信号由从属系统在数字接口方式期间产生时，从主系统传输来存储在数字接口110中的数据被读出并送往从属系统。
然而，因为除非设计一个极为精确的压控振荡器，否则在PLL电路120中产生的时钟信号不能使用，所以上述帧同步装置的性能恶化。这是因为54MHz的时钟信号被使用频率仅为15Hz的一个帧脉冲(frame_dif)输入锁定的缘故。因此，在常规的帧同步装置中，必须使用高价位的部件例如压控晶体振荡器，因为PLL由一个低频的帧频率锁定。
发明内容
本发明的一个目的是提供一个实现系统同步的帧同步装置，它根据通过一个数字接口输出的外部装置的帧时间信息产生一个帧复位信号，并根据该帧复位信号复位整个系统从而实现同步。
本发明的另一个目的是提供一个实现系统同步的帧同步装置，它是在一个具有数字接口的纪录和重放装置中当系统由根据外部帧时间信息产生的帧复位信号复位时，通过在数字接口方式期间自由振荡一个彩色信号以便适应具有变化周期的帧复位信号而实现的。
本发明的再一个目的是提供一个实现系统同步的帧同步方法，它根据通过一个数字接口输出的外部装置的帧时间信息产生一个帧复位信号，并把整个系统根据该帧复位信号复位从而实现同步。
本发明还有一个目的是提供一个实现系统同步的帧同步方法，它是当系统由根据外部帧时间信息产生的帧复位信号复位时，通过在数字接口方式期间自由振荡一个彩色信号以便适应具有变化周期的帧复位信号而实现的。
为实现上述目的，提供一个实现具有数字接口的系统同步的帧同步装置，它包括一个数字接口，用于将从外部源接收的信号中提取的帧时间信息与基于包含在所接收的信号中的基准时钟计数的计数值进行比较，并产生一帧脉冲；以及一个发生器，用于接收所述帧脉冲、根据一系统时钟检测所述帧脉冲的帧开始位置以产生复位信号并在所述复位信号的预定定时产生所述系统所需的同步信号。
本发明的帧同步装置进一步包括一个信号处理器，用于在接收到的信号是源解码的场合以及然后编码为显示信号时在一个数字接口方式期间自由振荡一个彩色脉冲串信号，以及在正常方式期间根据同步信号复位该彩色脉冲串信号。
在具有数字接口的系统之间实现同步的帧同步方法，包括步骤：(a)在数字接口方式期间，将从外部源接收的信号中提取的帧时间信息与基于包含在所接收的信号中的基准时钟计数的计数值进行比较，并产生一帧脉冲；(b)根据一系统时钟检测所述帧脉冲的帧开始位置以产生复位信号，并在所述复位信号的预定定时产生所述系统所需的同步信号。
另外，根据本发明的帧同步方法进一步包括在数字接口方式期间自由振荡一个彩色脉冲串信号和在正常方式期间根据水平同步信号和场信号以一个预定场信号数的周期复位该彩色脉冲串信号的步骤。
附图说明
通过参考附图详细叙述本发明的一个优选实施例，本发明的上述目的及其优点将变得十分明显，附图中：
图1是一个常规帧同步装置的方框图；
图2是示于图1的分频器的详细方框图；
图3是根据本发明的实施例的帧同步装置的方框图；
图4是示于图3中的分频器的详细的方框图；
图5是示于图4中的分频器的输入和输出信号的时序图；
图6是示于图3的视频编码器的彩色信号处理器的详细电路图。
具体实施方式
下面参考附图叙述本发明的帧同步装置及其方法。
图3中，数字接口210的接收单元211接收以传输包形式从外部装置传输来的数据，去掉该传输包的额外的首标，并将没有额外首标的数据写入先进先出(FIFO)存储器212。时间标记提取器214提取通过接收单元211输出的传输包中的时间标记。该时间标记包括帧开始时间信息。周期定时器213根据包含在传输包中的一个参考时钟进行计数，输出计数值，并在每一周期开始包时更新该计数值。比较器215比较循环计数器213的计数值与从时间标记提取器214提取的时间标记的帧时间信息并产生一个帧脉冲(frame_dif)。
这里数字接口210可以是IEEE1394，其为IEEE定义的高速数据传输标准并用作连接数字A/V装置的接口。从传输协议结构来看，如果数字接口210是IEEE1394的话，那么接收单元211相应于链接层，而FIFO存储器212至比较器215相应于应用层。
分频器220接收从数字接口210输出的帧脉冲(frame_dif)作为复位信号并根据由时钟发生器230产生的系统时钟(18MHz和13.5MHz)产生一个帧复位脉冲(FRP)、水平同步信号(H_sync)和场信号(field)。帧复位脉冲(frp)输出到频道编码器240和源解码器250。水平同步信号(H_sync)和场信号(field)输出到视频编码器260。
在分频器220中，根据从数字接口210输出的帧脉冲(frame_dif)产生帧复位脉冲(frp)，并延迟一个预定的时间。该时间小于内部总线的界限时间或相应于将数据装入到FIFO存储器212的时间。此时，频道编码器240和源解码器250的内部系统时钟自由振荡而不被同步，由视频编码器260产生的彩色脉冲串信号也不被帧锁定而自由振荡。此时，使用由时钟发生器230产生的系统时钟建立的水平同步信号(H_sync)和场信号(field)由帧复位脉冲复位的序列产生。因此，水平同步信号(H_sync)的周期不均匀，然而水平同步信号的数目在一个帧单元内是恒定的。
同时，FIFO存储器212中的数据被读出，并经由AV总线传输到频道编码器240和源解码器250。该数据是根据一个控制信号(CON)读出的，该控制信号是在分频器220中帧复位脉冲(frp)产生之后经历一个预定时间后在源解码器250中立即产生的。
频道编码器240由在数字接口期间从分频器220输出的帧复位脉冲(frp)复位并通过AV总线接收从FIFO存储器212读出的数据。在正常方式期间，频道编码器240按频道编码由源编码器(未示出)源编码的数据，并将其纪录在例如磁带这样的记录介质上。频道编码器240包括一个误差修正编码器(未示出)，用于以误差修正方式编码源编码的数据；一个调制器(未示出)，用于调制误差修正编码的数据和将其纪录在一个记录介质上。
源解码器250由在数字接口方式期间从分频器220输出的帧复位脉冲(frp)复位并通过AV总线接收从FIFO存储器212读出的数据。在正常方式期间，源解码器250源解码从频道解码器(未示出)输出的频道解码的数据，并将其输出到视频编码器260。源解码器250包括一个数据解压缩器(未示出)，用于解压误差修正解码数据；和包括一个分离器(deshuffler)(未示出)，用于分离解压的数据。
视频编码器260根据一个数字接口/正常方式信号(DIF/NORMAL)接收在正常方式期间从分频器220输出的水平同步信号(H_sync)和场信号(field)。视频编码器260在预定场信号数期间复位彩色脉冲串信号，编码从源解码器250输出的源解码数据，作为适宜的显示信号。视频编码器260在数字接口方式期间根据彩色信号自由振荡一个彩色脉冲串信号。
图4是示于图3中的分频器的详细方框图。分频器220包括第一和第二边缘检测器221和225、第一和第二行计数器222和226、第一和第二像素计数器223和227、一个系统帧复位脉冲发生器224和一个视频编码器同步(sync)发生器228。第一边缘检测器221由从数字接口210输出的帧脉冲(frame_dif)复位，根据在时钟发生器230中产生的18MHz时钟信号执行计数，检测帧脉冲(frame_dif)的边缘，和输出第一复位信号(rst1)。由从第一边缘检测器221输出的第一复位信号(rst1)复位的第一行计数器222和第一像素计数器223分别根据从时钟信号发生器230输出的18MHz时钟计数行数和像素数。系统帧复位脉冲发生器224根据第一行计数器222和第一像素计数器223的输出产生帧复位脉冲(frp)，并将该帧复位脉冲(frp)输出到频道编码器240和源解码器250。
由从数字接口210输出的帧脉冲(frame_dif)复位的第二边缘检测器225根据在时钟发生器230中产生的13.5MHz时钟信号执行计数，检测帧脉冲(frame_dif)的边缘和输出一个第二复位信号(rst2)。由第二复位信号(rst2)复位的第二行计数器226和第二像素计数器227分别根据由时钟发生器230产生的13.5MHz时钟信号计数行和像素。视频编码器同步发生器228根据第二行计数器226和第二像素计数器227的输出，输出水平同步信号(H_sync)和场信号(field)到视频编码器260。
当示于图5A的帧脉冲(frame_dif)从数字接口210输出时，第一边缘检测器221根据由时钟发生器230产生的18MHz的时钟信号检测帧脉冲(frame_dif)的边缘，在数字接口210需要的全部时间(这里用“a”标记)计数18MHz时钟信号，产生示于图5B的第一复位信号(rst1)，并将第一行计数器222和第一像素计数器223复位到一个预先指定的数值。在第一行计数器222和第一像素计数器223由第一复位信号(rst1)复位后延迟一个预定的时间后，系统帧复位脉冲发生器224产生示于图5C中的帧复位脉冲(frp)。帧脉冲的周期可以改变，因为本发明的帧复位脉冲(frp)是响应该帧脉冲(frame_dif)的边缘产生的。
第二边缘检测器225根据时钟产生器230产生的13.5MHz的时钟信号检测示于图5A的帧脉冲(frame_dif)的边缘，在数字接口210需要的全部时间(这里用“a”标记)计数13.5MHz时钟信号，产生示于图5D的第二复位信号(rst2)，并将第二行计数器226和第二像素计数器227复位到一个预先指定的数值。视频编码器同步发生器228根据第二行计数器226和第二像素计数器227的计数值产生一个示于图5E的水平同步信号(H_sync)和示于图5F的场信号(field)，如图5E所示，最后一行(在NTSC制式的场合是第525行)的水平周期可以改变。示于图5F中的场信号(field)与第四水平同步信号同步产生，并作为场鉴别信号或场同步信号运行。
计数器222、223、226和227在最后一行(在NTSC制式的场合为第525行)中间用该像素计数值复位，系统在最后一行不处理数据。当计数器以这种方式复位时，一帧的视频信号处理等同于常规系统的视频信号处理，并且一帧的长度可以长于或短于常规系统的帧的长度。一帧长度的变化可以通过在视频编码器260中自由振荡彩色脉冲串信号而解决。
图6是示于图3的视频编码器260的一个彩色信号处理器的详细电路图。插值器261包括一个上采样器262和一个第一低通滤波器263，它把彩色数据从示于图3中的源解码器250中输出的数据中分离出来，插值该彩色数据，并输出插值后的彩色数据。此时，输入到插值器261的彩色数据是从源解码器250输出的彩色数据。加法器264把插值后的彩色数据添加到由彩色脉冲串发生器265产生的彩色脉冲串信号上，并经由一个第二低通滤波器将结果输出到一个混合器267。使用第二低通滤波器对彩色信号频带在其由一个彩色副载波(fsc)发生器268的输出调制前进行限制。包括一个乘法器的混合器267混合包括从第二低通滤波器266输出的彩色脉冲串信号的彩色数据与彩色副载波，并将混合结果输出到一个数字/模拟转换器(DAC)269。彩色副载波(fsc)由彩色副载波发生器268根据从图3的分频器220输出的水平同步信号(H_sync)和场信号(field)产生。DAC269输出模拟彩色信号。
这里，彩色脉冲串发生器265和彩色副载波发生器268复位彩色脉冲串信号以便维持正常方式下的一个彩色帧序列。彩色脉冲串发生器265和彩色副载波发生器268可以用一个例如ROM的存储器构造。彩色脉冲串信号根据输入到彩色脉冲串发生器265的水平同步信号(H_sync)和场信号(field)复位，在NTSC制式下为每4个场信号，在PAL制式下为每8个场信号。彩色脉冲串发生器265根据数字接口/正常方式信号(DIF/NORMAL)复位正常方式下的彩色脉冲串信号。因此，帧复位脉冲周期的变化通过执行彩色编码而予以解决，无需复位维持变化中的帧长度。从而不形成4个或8个场信号序列的帧同步，但仍可以显示图像。
在本发明的帧同步装置中，可以节省设计成本和扩展从属装置所需要的外部信号的精度范围，这是因为不需高精度压控振荡器的缘故。

Claims (19)

1.一种用于同步具有数字接口的系统的帧同步装置，包括：
数字接口，用于将从外部源接收的信号中提取的帧时间信息与基于包含在所接收的信号中的基准时钟计数的计数值进行比较，并产生一帧脉冲；以及
发生器，用于接收所述帧脉冲、根据一系统时钟检测所述帧脉冲的帧开始位置以产生复位信号并在所述复位信号的预定定时产生所述系统所需的同步信号。
2.如权利要求1所述的帧同步装置，进一步包括一个信号处理器，用于在数字接口方式期间、当所述接收到的信号是一个源解码信号然后编码为一个显示信号时自由振荡一彩色脉冲串信号，以及用于在正常方式期间根据所述同步信号复位所述彩色脉冲串信号。
3.如权利要求1所述的帧同步装置，其中所述数字接口是IEEE1394。
4.如权利要求3所述的帧同步装置，其中所述数字接口包括：
一个接收单元，用于从外部源接收传输包形式的所述接收的信号，去除所述传输包的额外首标和输出无额外首标的数据；
一个缓冲存储器，用于临时存储所述无额外首标的数据；
一个时间标记提取器，用于提取所述传输包中的时间标记；
一个周期定时器，用于根据包含在所述传输包中的参考时钟计数，输出一个计数值和在每一包循环开始时更新所述计数值；
一个比较器，用于比较包含在所述时间标记中的所述帧时间信息与所述计数值并产生一个帧脉冲。
5.如权利要求4所述的帧同步装置，其中，考虑到所述数字接口的内部总线界限和将数据写入到所述缓冲存储器的时间，所述发生器产生与所述帧脉冲相比延迟一个预定时间的所述帧复位信号。
6.如权利要求4所述的帧同步装置，进一步包括一个时钟发生器，用于产生所述系统需要的第一和第二系统时钟信号。
7.如权利要求6所述的帧同步装置，其中所述发生器包括：
一个由从所述数字接口输出的所述帧脉冲复位的第一帧开始位置检测器，用于根据所述第一系统时钟信号检测所述帧脉冲的帧开始位置，以及用于输出第一复位信号；
一个由所述第一复位信号复位的第一行计数器和第一像素计数器，用于分别根据所述第一系统时钟信号计数行和像素；
第一发生器，用于根据所述第一行计数器和所述第一像素计数器的输出产生帧复位信号；
一个由从所述数字接口输出的帧脉冲复位的第二帧开始位置检测器，用于根据所述第二系统时钟信号检测所述帧脉冲的帧开始位置，以及用于输出第二复位信号；
一个由所述第二复位信号复位的第二行计数器和第二像素计数器，用于分别根据所述第二系统时钟信号计数行和像素；
第二发生器，用于根据所述第二行计数器和所述第二像素计数器的输出产生水平同步信号和场信号。
8.如权利要求7所述的帧同步装置，进一步包括：
一个由所述第一发生器产生的所述帧复位信号复位的频道编码器，用于按频道编码从所述缓冲存储器读出的数据和将读出的数据传输到一记录介质；
一个由所述帧复位信号复位的源解码器，用于源解码从所述缓冲存储器读出的数据；
一个由从所述第二发生器输出的所述水平同步信号和所述场信号复位的视频编码器，用于将从所述源解码器输出的数据编码为一个显示信号。
9.如权利要求8所述的帧同步装置，其中彩色脉冲串信号在数字接口方式期间是自由振荡而来的，以及彩色脉冲串信号在正常方式期间根据从所述第二发生器输出的所述水平同步信号和所述场信号以一个预定场信号数的周期复位。
10.如权利要求9所述的帧同步装置，其中在所述数字接口方式期间在所述系统由所述帧复位信号复位后，存储在所述缓冲存储器内的数据传输到所述源解码器和所述频道编码器。
11.一种用于在具有数字接口的系统之间进行同步的帧同步方法，包括步骤：
(a)在数字接口方式期间，将从外部源接收的信号中提取的帧时间信息与基于包含在所接收的信号中的基准时钟计数的计数值进行比较，并产生一帧脉冲；
(b)根据一系统时钟检测所述帧脉冲的帧开始位置以产生复位信号，并在所述复位信号的预定定时产生所述系统所需的同步信号。
12.如权利要求11所述的帧同步方法，其中所述步骤(a)包括的步骤有：
(a1)从外部源接收形式为一个传输包的数据，去除该传输包的额外首标和输出该无额外首标的数据；
(a2)存储所述不具有额外首标的数据；
(a3)提取包含在所述传输包中的时间标记；
(a4)根据包含在所述传输包中的一个参考时钟执行计数，输出计数值，并在每包循环开始时更新所述计数值；
(a5)将包含在所述时间标记中的所述帧时间信息与所述计数值进行比较并产生一个帧脉冲。
13.如权利要求11所述的帧同步方法，其中，考虑所述数字接口的内部总线界限，在延迟所述帧脉冲一个预定时间后产生所述帧复位信号。
14.如权利要求13所述的帧同步方法，其中所述步骤(b)包括的子步骤有：
(b1)根据第一系统时钟检测帧脉冲的帧开始位置，根据所述帧脉冲复位并输出第一复位信号；
(b2)根据所述第一系统时钟计数行和像素，根据所述第一复位信号复位并输出第一计数值；
(b3)根据所述第一计数值产生帧复位信号；
(b4)根据第二系统时钟检测所述帧脉冲的帧开始位置，根据所述帧脉冲复位并输出第二复位信号；
(b5)根据所述第二系统时钟计数行和像素，根据所述第二复位信号复位并输出第二计数值；
(b6)根据所述第二计数值产生水平同步信号和场信号。
15.如权利要求14所述的帧同步方法，进一步包括的步骤有：
(c)按频道编码存储在所述步骤(a2)中的数据，传输其到一个记录介质并根据所述帧复位信号复位；
(d)源解码存储在所述步骤(a2)中的数据，输出源解码的数据并根据所述帧复位信号复位；
(e)将所述源解码数据编码为一个显示信号，并用所述水平同步信号和所述场信号复位所述源解码的数据。
16.如权利要求15所述的帧同步方法，其中，在数字接口方式期间彩色脉冲串信号是自由振荡的，并且所述彩色脉冲串信号以预定场信号数的周期根据在正常方式期间步骤(e)中的所述水平同步信号和场信号复位。
17.如权利要求15所述的帧同步方法，进一步包括在所述系统由所述帧复位信号复位后将在所述步骤(a2)存储的数据传输到所述步骤(c)和(d)的步骤。
18.如权利要求11所述的帧同步方法，进一步包括步骤
(c)根据所述帧时间信号产生水平同步信号和场信号；以及
(d)在数字接口方式期间，当所述接收的信号是源解码信号并编码为一个显示信号时自由振荡一个彩色脉冲串信号。
19.如权利要求18所述的帧同步方法，其中所述彩色脉冲串信号由所述水平同步信号和所述场信号在正常方式期间在步骤(d)中复位。
CNB971215421A 1997-06-03 1997-10-29 帧同步装置及其方法 Expired - Fee Related CN1154343C (zh)

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