CN201063781Y - 音视频编码和解码装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种音视频编码和解码装置，涉及音视频信号的编码和解码技术，为解决音视频编解码中的音频信号和视频信号不同步的问题而设计。本实用新型音视频编码和解码装置增加了一个时钟信号发生器，并将该时钟信号发生器同时作为音频信号和视频信号的编解码过程中的工作时钟，使得音频信号和视频信号的编解码同步进行，以确保最后图像显示和声音输出的同步，提高视频质量。本实用新型主要用于电视机、机顶盒、流媒体播放器等。

Description

音视频编码和解码装置

技术领域

本实用新型涉及音视频信号的编码和解码技术，特别涉及音频信号和视频信号同步编码的装置，以及音频信号和视频信号同步解码的装置。

背景技术

目前，在网络视频、VCD、数字电视等视频播放应用中，国际标准(如MPEG-2、MPEG-4)以及其它非标准方法都将视频信号与其伴音信号的编解码分开进行，并且在音频信号和视频信号的编解码中采用完全不同的方法。

一般的视频广播系统中的信号包括CVBS信号(复合电视广播信号)和音频信号，需要将CVBS信号和音频信号编码后才能传输到广播网络中，图1所示为视音频压缩编码的原理框图，CVBS信号先经过视频接收电路进行前端处理(包括阻抗匹配、限幅等)，然后通过视频信号采样电路产生符合视频接口标准的ITU-656信号(ITU：国际电信联盟)；音频信号经过音频接收电路进行前端处理后，便可通过音频信号采样电路产生符合音频接口标准的I2S信号(I2S：Inter-IC Sound Bus，I2S总线)，该采样电路可以是音频ADC电路，即音频模数转换电路其中的ITU656信号和I2S信号同时输入到音视频信号采样电路(可以是MPEG-2编码系统或MPEG-4编码系统)，即可实现视频信号的压缩编码和音频信号的压缩编码。目前，研究最广泛、使用的最广泛的音频信号压缩编码方法是以线性预测为基础的分析/综合法，而研究用的最广泛的视频信号压缩编码方法则是2D-DCT(二维离散余弦变换)变换结合运动补偿技术的方法。

而数字视频播放系统在接收到编码后的码流时，则需要先将码流解码后才能播放，音视频解码过程与音视频的编码过程刚好相反，具体为：音视频解码系统(可以是MPEG-2解码系统或MPEG-4解码系统)接收到编码后的码流，将其解码为符合视频接口标准的ITU-656信号和符合音频接口标准的I2S信号；其中ITU-656信号被输入到视频数模转换电路，得到RGB信号后送往显示器显示出图像；I2S信号被输入到音频数模转换电路，进行数模转换(D/A)转换后发送到耳机或是音箱中播放。

由于上述视频广播系统在音视频编码时将CVBS信号和音频信号分开处理，并采用完全不同的采样电路分别对视频信号和音频信号进行采样，并分别产生ITU656信号和I2S信号，然后再进行音视频编码(MPEG-2编码或MPEG-4编码)；而上述视频播放系统在音视频解码时将ITU656信号和I2S信号也是分开处理，通过两个D/A转换电路，分别产生模拟信号后才播放。这样，在进行音视频采样产生ITU656信号和I2S信号，以及对ITU656信号和I2S信号进行数模转换时，会出现音视频信号不同步，可能导致最后输出的音频信号和视频信号不同步，出现图像和声音不同步的现象，影响视频质量。

在申请号为02102562.2的中国专利申请中，公开了一种软件MPEG-2解码系统中实现视频信号和音频信号同步的方法，所述软件MPEG-2解码系统包括：传送流解码器、音频解码器、视频解码器、音频播放器、视频播放器，还包括以下步骤：

(a)设置一个以传送流解码器接收的TS流中的程序参考时钟PCR为基准，按照预定的频率进行计数的本地参考时钟LCR；

(b)通过音频解码器和视频解码器分别接收音频信号和视频信号的显示时间标签PTS；将上述本地参考时钟LCR与上述接收到的音频信号和视频信号的显示时间标签PTS进行比较，当本地参考时钟LCR与显示时间标签PTS的差的绝对值小于预定的阈值时，所述音频播放器模块和所述视频播放器模块将接收到的信号正常播放来实现同步。

在上述的音视频同步方法中，通过将音频信号和视频信号的显示时间标签PTS与本地参考时钟LCR比较，当本地参考时钟LCR与显示时间标签PTS的差的绝对值小于预定的阈值时，就认为音频信号和视频信号可以同步播放，由于阈值的存在，使得音频信号和视频信号之间还是不能同步，影响视频质量。

实用新型内容

本实用新型提供一种音视频编码装置，使音频采样和视频采样同步进行，以便音频编码和视频编码同步进行。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：该音视频编码装置包括音频信号采样电路、视频信号采样电路和编码系统，所述音频信号采样电路的采样信号和视频信号采样电路的采样信号输入到编码系统；还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号采样电路的时钟输入端和视频信号采样电路的时钟输入端。

所述时钟信号发生器的输出端，还连接到编码系统的时钟输入端。

所述时钟信号发生器包括晶振，所述晶振的输出端连接有变频电路，所述变频电路的输出端为时钟信号发生器输出端。

所述变频电路为倍频电路或分频电路；或者

所述变频电路为串联在一起的倍频电路和分频电路。

所述的时钟信号发生器包括锁相环芯片，将该锁相环芯片的控制模式管脚置为高电平，在该锁相环芯片的时钟输入端外接有时钟信号，在该锁相环芯片的频率选择管脚连有电阻，该锁相环芯片的时钟输出端输出时钟信号。

上述技术方案所描述的音视频编码装置，由于音频信号采样电路的时钟输入端和视频信号采样电路的时钟输入端同时连接到同一个时钟信号发生器，使得音频采样和视频采样所使用的采样时钟相同(包括频率相同、相位相同)，所以，采样得出的ITU656信号和I2S信号同步，这样就可使编码系统同步获得音视频的采样信号，为音视频信号的同步编码提供了一个较好的同步音视频信号，这样编码系统中的音频编码和视频编码就可以同步进行了，并且为最终的图像和声音的同步输出做了较好的准备，提高了视频质量。

本实用新型还提供一种音视频解码装置，使音频数模转换和视频数模转换同步进行，以便声音和图像同步输出。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：该音视频解码装置包括音频信号D/A电路、视频信号D/A电路和解码系统，解码系统输出的音频信号输入到音频信号D/A电路解码系统输出的视频信号输入到视频信号D/A电路；还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号D/A电路的时钟输入端和视频信号D/A电路的时钟输入端。

所述时钟信号发生器的输出端，还连接到解码系统的时钟输入端。

所述时钟信号发生器包括晶振，所述晶振的输出端连接有变频电路，所述变频电路的输出端为时钟信号发生器输出端。

所述变频电路为倍频电路或分频电路；或者

所述变频电路为串联在一起的倍频电路和分频电路。

所述的时钟信号发生器包括锁相环芯片，将该锁相环芯片的控制模式管脚置为高电平，在该锁相环芯片的时钟输入端外接有时钟信号，在该锁相环芯片的频率选择管脚连有电阻，该锁相环芯片的时钟输出端输出时钟信号。

上述技术方案所描述的音视频解码装置，由于音频信号D/A电路的时钟输入端和视频信号D/A电路的时钟输入端同时连接到同一个时钟信号发生器，使得音频信号和视频信号的数模转换能够同步进行，即能同步输出音频模拟信号到音响进行播放、以及视频RGB信号到显示器显示出图像，确保图像显示和声音输出的同步，提高了视频质量。

附图说明

图1为现有视音频编码的原理框图；

图2为本实用新型音视频编码装置的原理框图；

图3为本实用新型音视频编码和解码装置中采用晶振的时钟信号发生器；

图4为本实用新型音视频编码和解码装置中采用PLL1700芯片的时钟信号发生器；

图5为本实用新型音视频解码装置的原理框图。

具体实施方式

本实用新型提供的音视频编码装置将同一个时钟信号，同时作为音频信号采样电路和视频信号采样电路的采样时钟，使得音频采样和视频采样能够同步进行，确保同步产生ITU656信号和I2S信号，以保证音视频编码中的音视频同步，为图像和声音的同步输出提供一个较好的输入信号，以提高视频质量。

本实用新型提供的音视频解码装置将同一个时钟信号，同时作为音频信号D/A电路和视频信号D/A电路的工作时钟，使得音频信号和视频信号的数模转换能够同步进行，确保图像显示和声音输出的同步，以提高视频质量。

下面结合附图对本实用新型音视频编码装置和音视频解码装置进行详细描述。

如图2所示，本实用新型所提供的音视频编码装置包括音频信号采样电路、视频信号采样电路和编码系统，所述音频信号采样电路的采样信号和视频信号采样电路的采样信号，输入到编码系统。具体以MPEG-2/MPEG-4编码装置为例，视频信号采样电路产生的ITU656信号和音频信号采样电路产生的I2S信号，通过MPEG-2/MPEG-4编码系统，产生MPEG-2/MPEG-4码流。为了保证音频信号采样电路和视频信号采样电路能够同步采样，本实用新型音视频编码装置还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号采样电路的时钟输入端和视频信号采样电路的时钟输入端。本实用新型将同一个时钟信号分别输入到音频信号采样电路和视频信号采样电路，使得音频采样和视频采样能够同步进行，这样编码系统中的音频编码和视频编码就可以同步进行了。

本实用新型音视频编码装置中的时钟信号发生器的输出端，还连接到编码系统的时钟输入端，使得编码系统，能够与音频信号采样电路及视频信号采样电路的编码同步，以确保最后输出的音视频码流同步。

为了让音视频编码装置实现同步采样和同步编码，所采用的时钟信号发生器可以有很多种，既可以通过分立的电子元件来实现时钟信号发生器，也可以用能够产生准确时钟信号的PLL(锁相环)芯片来实现，其中PLL芯片的型号有很多种，可以是PLL1700、PLL1707等。

考虑到视频的扫描速度以及视频图像分辨率和信噪比的因素，一般视频编码的时钟频率定为27MHz，所述的27MHz时钟信号的偏差为±540Hz。

下面具体介绍一下音视频编码装置中时钟信号发生器几种典型的实现方式。

第一种为分立的电子元件实现时钟信号发生器，如图3所示，这种时钟信号发生器包括晶振，在晶振的输出端连接有变频电路，晶振产生一定频率的时钟信号，通过变频电路，将时钟信号调整到合适的频率后，由变频电路的输出端输出时钟信号，经过频率调整后的时钟信号可以直接作为音视频编码装置的采样时钟和编码时钟。所述变频电路可以是单一的倍频电路或分频电路，也可以是倍频电路和分频电路串联在一起组合而成的。

例如：当晶振产生的时钟信号为13.5MHz时，晶振的输出端只需要连一个2倍的倍频电路，即可产生符合规定的27MHZ的时钟信号；当晶振产生的时钟信号为54MHz时，晶振的输出端只需要连一个1/2的分频电路，即可产生符合规定的27MHZ的时钟信号；当晶振产生的时钟信号的频率不能通过单一的倍频电路或分频电路变成27MHz的时钟信号时，就需要在晶振的输出端串联倍频电路和分频电路，以18MHz的晶振为例，这时就需要在晶振的输出端串联一个3倍的倍频电路和一个1/2的分频电路，这样就可以产生18*3/2＝27MHz的时钟信号。以上产生的27MHz时钟信号的偏差均为±540Hz。

第二种为PLL芯片实现的时钟信号发生器，如图4所示，这种时钟信号发生器包括PLL1700芯片，将该PLL1700芯片的第2管脚(控制模式管脚)置为高电平，在该锁相环芯片的时钟输入端外接有时钟信号，即管脚5、6上设置27MHz的晶振；该PLL1700芯片通过在管脚19、20(频率选择管脚)上设置相应的电阻以配置管脚19、20的高低电平状态，控制采样时钟的输出。最后，该PLL1700芯片的输入时钟频率为27MHz，并由管脚10和管脚14引出27MHz的时钟信号。由于PLL1700芯片内部电路的精度较高，由该芯片产生的27MHz时钟信号的偏差能够达到±540Hz。

通过PLL芯片实现的时钟信号发生器，还可以由PLL的软件模式实现，其具体方法为，将PLL1700芯片的第2管脚(控制模式管脚)置为低电平，然后通过在PLL1700芯片的恶管脚1、19、20(频率选择管脚)上设置相应的电阻，以配置管脚1、19、20的高低电平状态，控制采样时钟的输出。

如图5所示，本实用新型提供的音视频解码装置包括音频信号D/A电路、视频信号D/A电路和解码系统，解码系统输出的音频信号输入到音频信号D/A电路解码系统输出的视频信号输入到视频信号D/A电路具体以MPEG-2/MPEG-4解码装置为例，MPEG-2/MPEG-4解码装置将MPEG-2码流/MPEG-4码流，解压生成ITU-656信号和I2S信号，其中ITU-656信号被输入到视频数模转换电路，得到RGB信号后送往显示器显示出图像；I2S信号被输入到音频数模转换电路，进行D/A转换后发送到耳机或是音箱中播放。为了确保声音的播放和图像的显示同步进行，本实用新型音视频解码装置还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号D/A电路的时钟输入端和视频信号D/A电路的时钟输入端，控制音频信号D/A电路和视频信号D/A电路在同一时钟频率下工作，使得ITU-656信号和I2S信号的数模转换能够同步进行，以确保图像显示和声音输出的同步，提高视频质量。

本实用新型音视频解码装置中时钟信号发生器的输出端，还连接到解码系统的时钟输入端，使得解码系统中的音频解码及视频解码，能够与ITU-656信号和I2S信号的数模转换同步进行，为同步显示图像和输出声音奠定了基础。

本实用新型音视频解码装置所采用的时钟信号发生器可以有很多种，包括音视频编码装置所用的时钟信号发生器，例如：图3所示的通过分立的电子元件来实现的时钟信号发生器，图4所示的通过产生准确时钟信号的PLL(锁相环)芯片来实现的钟信号发生器，等，这里不再赘述。

本实用新型音视频编码和解码装置，主要用于各种存在数字音视频信号处理的设备中，例如电视机、机顶盒、流媒体播放器等。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种音视频编码装置，包括音频信号采样电路、视频信号采样电路和编码系统，所述音频信号采样电路的采样信号和视频信号采样电路的采样信号，输入到编码系统；其特征在于，还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号采样电路的时钟输入端和视频信号采样电路的时钟输入端。

2.根据权利要求1所述的音视频编码装置，其特征在于，所述时钟信号发生器的输出端，还连接到编码系统的时钟输入端。

3.根据权利要求1或2所述的音视频编码装置，其特征在于，所述时钟信号发生器包括晶振，所述晶振的输出端连接有变频电路，所述变频电路的输出端为时钟信号发生器输出端。

4.根据权利要求3所述的音视频编码装置，其特征在于，

所述变频电路为倍频电路或分频电路；或者

所述变频电路为串联在一起的倍频电路和分频电路。

5.根据权利要求1或2所述的音视频编码装置，其特征在于，所述的时钟信号发生器包括锁相环芯片，将该锁相环芯片的控制模式管脚置为高电平，在该锁相环芯片的时钟输入端外接有时钟信号，在该锁相环芯片的频率选择管脚连有电阻，该锁相环芯片的时钟输出端输出时钟信号。

6.一种音视频解码装置，包括音频信号数模转换电路、视频信号数模转换电路和解码系统，解码系统输出的音频信号输入到音频信号数模转换电路，解码系统输出的视频信号输入到视频信号数模转换电路；其特征在于，还包括时钟信号发生器，该时钟信号发生器的输出端，分别连接到音频信号数模转换电路的时钟输入端和视频信号数模转换电路的时钟输入端。

7.根据权利要求6所述的音视频编码装置，其特征在于，所述时钟信号发生器的输出端，还连接到解码系统的时钟输入端。

8.根据权利要求6或7所述的音视频编码装置，其特征在于，所述时钟信号发生器包括晶振，所述晶振的输出端连接有变频电路，所述变频电路的输出端为时钟信号发生器输出端。

9.根据权利要求8所述的音视频编码装置，其特征在于，

所述变频电路为倍频电路或分频电路；或者

所述变频电路为串联在一起的倍频电路和分频电路。

10.根据权利要求6或7所述的音视频编码装置，其特征在于，所述的时钟信号发生器包括锁相环芯片，将该锁相环芯片的控制模式管脚置为高电平，在该锁相环芯片的时钟输入端外接有时钟信号，在该锁相环芯片的频率选择管脚连有电阻，该锁相环芯片的时钟输出端输出时钟信号。

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