CN115550569B - 一种音视频收发器及矩阵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种音视频收发器及矩阵系统。该收发器包括4*M个解串行器，解串行器与标准协议解码模块和定速率解码模块分别连接，标准协议解码模块和定速率解码模块分别与标准协议编码模块和定速率编码模块分别连接，标准协议编码模块和定速率编码模块均与4*N个串行器连接。本发明便于让音视频矩阵支持更多的端口，并使现有的前后级交叉切换芯片可以被省去，使音视频矩阵的软件、硬件设计开发大大简化，降低音视频矩阵系统的成本；在状态稳定后，后级解串化器无需时钟锁定、数据恢复过程，音视频矩阵的传输切换速度得到了大幅度的提升。

Description

一种音视频收发器及矩阵系统
技术领域
本发明涉及音视频处理技术领域，具体涉及一种音视频收发器及矩阵系统。
背景技术
在传统的音视频传输领域中，尤其是HDMI/ DisplayPort（简称DP）/ MIPI等接口的音视频传输领域中，基于协议定义，传输不同的视频格式被要求使用不同速率的串行数据来完成。例如，常用的全高清格式1920x1080@60Hz 24-bit色深，其在HDMI接口的高速串行传输速率为1.485Gbps,而使用超高清3840x2160@60Hz 24-bit，其在HDMI接口的高速串行传输率为5.94Gbps。由于该接口协议定义的特点，导致音视频矩阵在业务操作的过程中，一旦某一路输入的视频格式发生变化，变化期间状态会变得不稳定，从最前级到最后级的各级路由链路上的芯片都需要依次完成针对新格式的时钟锁定、数据恢复、数据锁定、数据输出的过程。因为每级芯片必须等待前一级完成该流程，导致音视频矩阵的多级芯片级联后，该锁定时间累积非常漫长，给音视频系统带来了不利的客户应用体验。
当前的音视频传输领域，单个收发器芯片往往可以支持的端口很有限，例如4进2出，或者2进4出。为了支持更多端口的音视频矩阵切换，就需要并列的堆叠多个输入收发器芯片和多个输出收发器芯片。同时，为了支持多个收发器的任意切换，中间级会放置昂贵的交叉切换芯片。数量巨大的收发器和昂贵的交叉切换芯片，都让音视频传输矩阵的成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种音视频收发器及矩阵系统。
为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种音视频收发器，包括4*M个用以接收前级发送的音视频数据的解串行器，所述音视频数据包括标准协议音视频数据和定速率音视频数据；
所述解串行器与标准协议解码模块和定速率解码模块分别连接，以分别从解串行器获取相应的音视频数据，所述标准协议解码模块用以对解串行器接收到标准协议音视频信号进行解码，所述定速率解码模块用以对解串行器接收到的定速率音视频数据进行解码；
所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别与标准协议编码模块和定速率编码模块分别连接，所述标准协议编码模块和定速率编码模块均与4*N个串行器连接，M、N均为大于0的自然数；
若所述串行器的后级连接的为另一音视频收发器的解串行器，则所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别将其解码获得的数据发送至定速率编码模块或标准协议编码模块进行编码，并通过所述串行器将编码后的音视频数据发送至另一音视频收发器的解串行器；
若所述串行器的后级连接的为音视频播放设备，则所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别将其解码获得的数据发送至标准协议编码模块进行编码，并通过所述串行器将标准协议编码模块编码获得的标准协议视频数据发送至音频播放设备。
进一步的，所述标准协议音视频数据为HDMI音视频数据或DisplayPort音视频数据。
在第二方面，本发明提供了一种音视频矩阵系统，包括多个如权利要求1所述的音视频收发器，所述音视频收发器被配置为输入级音视频收发器和输出级音视频收发器；
每一输入级音视频收发器的解串行器配置为4个，用以接收一个信号源发送的标准协议音视频数据，所述输入级音视频收发器的标准协议解码模块用以对该标准协议视频数据进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息；
所述输入级音视频收发器的定速率编码模块用以采用定速率时钟将所述视频数据、音视频数据和配置信息编码为定速率音视频数据流，并将该定速率音视频数据发送至其连接的串行器；
所述输入级音视频收发器的若干串行器分别通过一对高速差分线与若干输出级音视频收发器的一个解串行器连接，以将定速率音视频数据流分别发送至若干输出级音视频收发器的解串行器；
所述输出级音视频收发器的解串行器将定速率音视频数据发送至其连接的定速率解码模块；
所述输出级音视频收发器的定速率解码模块用以对其接收的定速率音视频数据流进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息，并将其解码获得的视频数据、音视频数据和配置信息发送至其连接的标准协议编码模块；
所述输出级音视频收发器的标准协议编码模块根据其接收的视频数据、音视频数据和配置信息进行编码，以获得标准协议音视频数据；
所述输出级音视频收发器的串行器配置为4个，以将其连接的标准协议编码模块编码获得的标准协议音视频数据发出。
进一步的，所述输入级音视频收发器的定速率编码模块将定速率音视频数据编码为1对或2对或3对或4对数据流，并通过其连接的相应数量的串行器发送定速率音视频数据。
进一步的，所述输入级音视频收发器的定速率编码模块还复制定速率音视频数据到其余空闲的串行器，以实现定速率音视频数据的多路输出。
进一步的，当所述信号源发送的标准协议音视频数据不稳定时，所述输入级音视频收发器的定速率编码模块在编码期间通过插入无效的冗余数据来形成完整的定速率音视频数据，以使所述输出级音视频收发器的解串行器保持在锁定和持续工作状态。
进一步的，所述音视频收发器还被配置为若干中间级音视频收发器，所述中间级音视频收发器连接在输入级音视频收发器和输出级音视频收发器之间，所述输入级音视频收发器与中间级音视频收发器之间以及中间级音视频收发器与输出级音视频收发器之间传送的音视频数据均为定速率音视频数据。
有益效果：本发明通过采用定速率编码模块将输入的标准协议音视频数据编码成自定义的一对、二对、三对或四对定速率数据，当输入级音视频收发器的数据被打包到更少对数串行器输出的时候，空出来的串行器用于复制相同的定速率音视频数据输出，从而实现一入多出的矩阵系统最前级设计；同时，输出级音视频收发器通过更少对数的解串行器输入就可以恢复原始输入的视频格式的时候，空出来的解串行器可以支持更多路输入，从而实现多入一出的矩阵系统最后级设计，从而让音视频矩阵系统支持更多的端口，并使现有的前后级交叉切换芯片可以被省去，使音视频矩阵的软件、硬件设计开发大大简化，降低音视频矩阵系统的成本。在输入的音视频数据不稳定时，通过插入无效数据来保持输入级的串化器与后级的连接链路，在状态稳定后，后级解串化器无需时钟锁定、数据恢复过程，音视频矩阵的传输切换速度得到了大幅度的提升。
附图说明
图1是本发明实施例的音视频收发器的结构示意图；
图2是输入级音视频收发器的结构示意图；
图3是输出级音视频收发器的结构示意图；
图4是本发明实施例的4入4出音视频矩阵架构系统的结构示意图；
图5是本发明实施例的8入8出音视频矩阵架构系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种音视频收发器，包括4*M个解串行器，M取值为大于0的自然数，图1中示意的是M为1时对应4个解串行器的实施例，4个解串行器分别为第一解串行器101、第二解串行器102、第三解串行器103和第四解串行器104。解串行器用以接收前级发送的音视频数据，音视频数据包括标准协议音视频数据和定速率音视频数据。标准协议音视频数据为HDMI音视频数据或DisplayPort音视频数据，在接收标准协议音视频数据时，需要4个解串行器来协同完成接收工作，4个解串行器分别对应TMDS_CLK、TMDS_DAT0、TMDS_DAT1和TMDS_DAT2，这与现有的标准协议音视频数据接受方式相同，不再赘述。在接收定速率音视频数据时，可设置为由1个或2个或3个或4个解串行器来完成接收工作，后续再具体说明。
解串行器与标准协议解码模块2和定速率解码模块3分别连接，当解串行器接收的为标准协议音视频数据时，标准协议解码模块2即可从解串行器获取标准协议音视频数据，然后对解串行器接收到标准协议音视频信号进行解码。当解串行器接收的为定速率音视频数据时，定速率解码模块3即可从解串行器获取定速率音视频数据，然后对解串行器接收到的定速率音视频数据进行解码。
标准协议解码模块2和定速率解码模块3分别与标准协议编码模块4和定速率编码模块5分别连接。标准协议编码模块4和定速率编码模块5均与4*N个串行器连接，N也取值为大于0的自然数，图1中示意的是M为1时对应4个串行器的实施例，4个串行器分别为第一串行器601、第二串行器602、第三串行器603和第四串行器604。
在使用时，根据使用位置不同，上述串行器的后级有两种连接方式，在作为输入级使用时，上述串行器的后级与另一音视频收发器的解串行器连接。此时，若串行解码器接收的是标准协议音视频数据，并且本发明实施例的音视频收发器使用在矩阵系统中，则标准协议解码模块2将其解码获得的数据发送至定速率编码模块5，并由定速率编码模块5根据其接收的数据编码成定速率音视频数据，然后通过串行器将定速率编码模块5编码获得的定速率音视频数据发送至另一音视频收发器的解串行器。若串行解码器接收的是标准协议音视频数据，但本发明实施例的音视频收发器未使用在矩阵系统中，则也可按现有的方式进行传输，具体的，标准协议解码模块2将其解码获得的数据发送至标准协议编码模块4，并由标准协议编码模块4编码成标准协议音视频数据，然后通过串行器将标准协议编码模块4编码获得的标准协议音视频数据发送至另一音视频收发器的解串行器，这就与现有的音视频解码器的工作方式相同，保持原有的兼用性。
在作为输出级使用时，串行器的后级连接的为音视频播放设备，此时，标准协议解码模块4和定速率解码模块5分别对上述标准协议音视频数据和定速率音视频数据解码出的数据，均要发送至标准协议编码模块4进行编码，并通过串行器将标准协议编码模块4编码获得的标准协议视频数据发送至音频播放设备。
基于以上实施例，本领域技术人员可以理解，本发明还提供了一种音视频矩阵系统，包括多个上述音视频收发器，音视频收发器被配置为输入级音视频收发器和输出级音视频收发器。一般情况下输入级音视频收发器为1个以上，输出级音视频收发器为2个以上。具体可参见图2，图2示意出了被配置为输入级音频收发器的结构，图中箭头方向表示数据的走向。
每一输入级音视频收发器的解串行器配置为4个，分别对应TMDS_CLK、TMDS_DAT0、TMDS_DAT1、TMDS_DAT2，通过这4个解串行器可以接收一个信号源发送的标准协议音视频数据，输入级音视频收发器的标准协议解码模块2用以对4个解串行器接收的标准协议视频数据进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息，并将其解码获得的视频数据、音视频数据和配置信息发送给其连接的定速率编码模块5。
输入级音视频收发器的定速率编码模块5用以采用定速率时钟将其接收的视频数据、音视频数据和配置信息编码为定速率音视频数据流，并将该定速率音视频数据发送至其连接的串行器。
输入级音视频收发器的若干串行器分别通过一对高速差分线与若干输出级音视频收发器的一个解串行器连接，以将定速率音视频数据流分别发送至若干输出级音视频收发器的解串行器。
具体的，本发明实施例的输入级音视频收发器的定速率编码模块5可以将定速率音视频数据编码为1对或2对或3对或4对数据流，并通过其连接的相应数量的串行器发送定速率音视频数据。若编码为1对数据流，输入级音视频收发器通过1个串行器即可发送完整的定速率音视频数据至输出级音视频收发器，若编码为2对数据流，输入级音视频收发器通过2个串行器即可发送完整的定速率音视频数据至输出级音视频收发器，依次类推。另外需要说明的是，上述数据的解码和编码均为现有技术，在此不再赘述。
输入级音视频收发器的串行器的解串行器均不限于4个，可以是8个、16个等。在输入级音视频收发器选择其部分串行器发送定速率音视频数据时，会有部分串行器处于空闲状态。此时，输入级音视频收发器的定速率编码模块5还可复制定速率音视频数据到其余空闲的串行器，以实现定速率音视频数据的多路输出。例如，输入级音视频收发器的串行器共为4个，输入级音视频收发器的第一串行器601与一个输出级音视频收发器第一解串行器101连接，其余三个串行器可分别与另外三个输出级音视频收发器的其中解串行器连接，输入级音视频收发器的定速率编码模块5复制定速率音视频数据到其余三个空闲的串行器后，这样即可通过一个输入级音视频收发器将定速率音视频数据流发送至4个输出级音视频收发器上。如此即可将输入级音视频收发器变身为一入多出的分配器，方便了音视频矩阵的内部互联。
参见图3，图示意出了输出级音视频收发器的结构，图中箭头方向表示数据的走向。图3中示意的是输出级音视频收发器的解串行器为4个的实施例，但实际上不限于为4个，可以是8个、16个等。输出级音视频收发器的解串行器将其接收到的定速率音视频数据发送至其连接的定速率解码模块3。接收其中一个输入级音视频收发器发送的完整的定速率音视频数据需要的解串行器的数量有前述定速率编码模块5编码形成数据流的对数决定。其余的可用于接收其它输入级音视频收发器发送的定速率音视频数据，从而使输出级音视频收发器具有多路输入功能，可通过切换输出级音视频收发器的定速率解码器5的解串行器输入选择，就完成了音视频的数据流切换。
输出级音视频收发器的定速率解码模块3对其接收的定速率音视频数据流进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息，并将其解码获得的视频数据、音视频数据和配置信息发送至其连接的标准协议编码模块4。例如，图中3中的定速率解码模块3在选定第一解串行器101为输入时，解出的视频数据流、音频数据流和配置信息流来源于第一解串行器101输入的定速率音视频数据1。与此同时第二解串行器102、第三解串行器103和第四解串行器104仍然保持工作，在需要完成输出数据流切换的时候，只需要定速率解码模块3切换输入，无需重新进行时钟锁定、数据恢复、数据锁定，就可以完成定速率音视频数据2/定速率音视频数据3/定速率音视频数据4的解码。
在输出级音视频收发器的标准协议编码模块4接收到定速率解码模块3解码出的视频数据、音视频数据和配置信息后，输出级音视频收发器的标准协议编码模块4根据其接收的视频数据、音视频数据和配置信息进行编码，以获得标准协议音视频数据。
输出级音视频收发器的串行器配置为4个，4个输出级音视频收发器的串行器同样分别对应TMDS_CLK、TMDS_DAT0、TMDS_DAT1、TMDS_DAT2。4个输出级音视频收发器的串行器将其连接的标准协议编码模块编码获得的标准协议音视频数据发出，这与现有技术中的标准协议音视频数据发出方式相同，不再赘述。
另外，信号源发送的标准协议音视频数据会存在不稳定现象，当信号源发送的标准协议音视频数据不稳定时，本发明实施例的输入级音视频收发器的定速率编码模块在编码期间通过插入无效的冗余数据来形成完整的定速率音视频数据，以使所述输出级音视频收发器的解串行器保持在锁定和持续工作状态。通过这样的设计，在输入级音视频收发器完成新视频格式的锁定后，输入级音视频收发器的定速率编码模块5会迅速将之前的无效冗余数据替换为有效的音视频数据流内容，因此系统内部的任一级解串化器都无需再次完成由于新格式变换导致的时钟锁定、数据恢复过程。后续的解串化器仅需检测定速率数据流中的新视频格式的数据内容，完成内容检测稳定，即可完成格式切换。因此，音视频矩阵系统的传输切换速度得到了大幅度的提升。
参见图4，图4示意的音视频矩阵系统使用了4个1进1出的HDMI音视频收发器作为输入级、4个1进1出的HDMI音视频收发器作为输出级。每个输入级音视频收发器支持1路HDMI2.0输入，输出支持1路HDMI2.0输出。每个输入级音视频收发器的1路HDMI2.0输出端口包含4个串化器，分别对应TMDS_DAT0/TMDS_DAT1/TMDS_DAT2/TMDS_CLK。每一个串化器都可以将完整的定速率音视频数据发出。每个输出级音视频收发器支持1路HDMI2.0输入，输出支持1路HDMI2.0输出。该输出级音视频收发器的1路HDMI2.0输入端口包含4个解串化器，分别对应TMDS_DAT0/TMDS_DAT1/TMDS_DAT2/TMDS_CLK，4个解串化器基于4对基于HDMI定义的高速差分线与4个串化器对应连接。每个输入级音视频收发器的4个串化器分别连接4个输出级音视频收发器的其中一路解串化器。这样就完成了一个任意路由的4进4出的音视频矩阵系统。
参见图5，图5示意的音视频矩阵系统包含八路HDMI2.1输入和八路HDMI2.1输出。输入级音视频收发器都支持1进4出，其4路HDMI2.1输出一共有16个串化器。每2个串化器配合发送完整的定速率数据。输出级音视频收发器都支持4进1出，其4路HDMI2.1输入一共有16个解串化器。每两个解串化器接收完整定速率数据，8个输入级音视频收发器的各8个串化器分别连接8个输出级音视频收发器的其中一路解串化器。这样就完成了一个任意路由的8进8出的音视频矩阵系统。
另外，本发明实施例的音视频矩阵系统不限于输入级音视频收发器与输出级音视频收发器组成的两级结构，也可以将上述音视频收发器配置为若干中间级音视频收发器，若干中间级音视频收发器连接在输入级音视频收发器与输出级音视频收发器之间，中间级音视频收发器不限于为1级，输入级音视频收发器与中间级音视频收发器之间以及中间级音视频收发器与输出级音视频收发器之间传送的音视频数据均为定速率音视频数据。具体的，由于音视频收发器中的定速率解码模块3与定速率编码模块5是连接的，在中间级音视频收发器内，定速率解码模块3可直接将定速率音视频数据解码后发送给定速率编码模块5，由定速率编码模块5再编码为定速率数据发送至下一级音视频收发器，从而可让音视频矩阵系统支持更多的端口。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种音视频收发器，其特征在于，包括4*M个用以接收前级发送的音视频数据的解串行器，所述音视频数据包括标准协议音视频数据和定速率音视频数据；
所述解串行器与标准协议解码模块和定速率解码模块分别连接，以分别从解串行器获取相应的音视频数据，所述标准协议解码模块用以对解串行器接收到标准协议音视频信号进行解码，所述定速率解码模块用以对解串行器接收到的定速率音视频数据进行解码；
所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别与标准协议编码模块和定速率编码模块分别连接，所述标准协议编码模块和定速率编码模块均与4*N个串行器连接，M、N均为大于0的自然数；
若所述串行器的后级连接的为另一音视频收发器的解串行器，则所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别将其解码获得的数据发送至定速率编码模块或标准协议编码模块进行编码，并通过所述串行器将编码后的音视频数据发送至另一音视频收发器的解串行器，其中，所述定速率编码模块将定速率音视频数据编码为1对或2对或3对或4对数据流，并通过其连接的相应数量的串行器发送定速率音视频数据，所述定速率编码模块还复制定速率音视频数据到其余空闲的串行器，以实现定速率音视频数据的多路输出；
若所述串行器的后级连接的为音视频播放设备，则所述标准协议解码模块和定速率解码模块分别将其解码获得的数据发送至标准协议编码模块进行编码，并通过所述串行器将标准协议编码模块编码获得的标准协议视频数据发送至音频播放设备。
2.根据权利要求1所述的一种音视频收发器，其特征在于，所述标准协议音视频数据为HDMI音视频数据或DisplayPort音视频数据。
3.一种音视频矩阵系统，其特征在于，包括多个如权利要求1所述的音视频收发器，所述音视频收发器被配置为输入级音视频收发器和输出级音视频收发器；
每一输入级音视频收发器的解串行器配置为4个，用以接收一个信号源发送的标准协议音视频数据，所述输入级音视频收发器的标准协议解码模块用以对该标准协议视频数据进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息；
所述输入级音视频收发器的定速率编码模块用以采用定速率时钟将所述视频数据、音视频数据和配置信息编码为定速率音视频数据流，并将该定速率音视频数据发送至其连接的串行器；
所述输入级音视频收发器的若干串行器分别通过一对高速差分线与若干输出级音视频收发器的一个解串行器连接，以将定速率音视频数据流分别发送至若干输出级音视频收发器的解串行器；
所述输出级音视频收发器的解串行器将定速率音视频数据发送至其连接的定速率解码模块；
所述输出级音视频收发器的定速率解码模块用以对其接收的定速率音视频数据流进行解码，以获得视频数据、音视频数据和配置信息，并将其解码获得的视频数据、音视频数据和配置信息发送至其连接的标准协议编码模块；
所述输出级音视频收发器的标准协议编码模块根据其接收的视频数据、音视频数据和配置信息进行编码，以获得标准协议音视频数据；
所述输出级音视频收发器的串行器配置为4个，以将其连接的标准协议编码模块编码获得的标准协议音视频数据发出。
4.根据权利要求3所述的一种音视频矩阵系统，其特征在于，当所述信号源发送的标准协议音视频数据不稳定时，所述输入级音视频收发器的定速率编码模块在编码期间通过插入无效的冗余数据来形成完整的定速率音视频数据，以使所述输出级音视频收发器的解串行器保持在锁定和持续工作状态。
5.根据权利要求3所述的一种音视频矩阵系统，其特征在于，所述音视频收发器还被配置为若干中间级音视频收发器，所述中间级音视频收发器连接在输入级音视频收发器和输出级音视频收发器之间，所述输入级音视频收发器与中间级音视频收发器之间以及中间级音视频收发器与输出级音视频收发器之间传送的音视频数据均为定速率音视频数据。
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