CN206743407U - 一种芯片、数字视频信号传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统。该数字视频信号传输系统包括发送端和接收端，在发送端对数字视频信号例如HDMI或DP信号进行色彩空间转换，其对视频图像质量的影响可以忽略不计。然后，对色彩空间转换后的数字视频信号进行(浅度)无损的视频码流压缩，其最高压缩比可以达到8:1，通过该(浅度)无损的视频码流压缩技术降低了数据速率，从而减少了视频码流传输中的信号衰减，使传输距离提升10倍以上。在接收端对视频码流进行无损解压，使图像的分辨率回复到原始的状态，维持原有的图像品质。因此，本申请提供的芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统能够在不影响视频图像质量的前提下，延长数字视频信号的传输距离。

Description

一种芯片、数字视频信号传输系统

技术领域

本申请涉及视频信号传输技术领域，尤其涉及一种芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统。

背景技术

随着数字视频技术和产品的不断普及，对数字视频信号长距离传输的需求越来越高。

数字视频信号在传输过程中会发生信号衰减，导致其传输距离不能太长。尤其是高速数字视频信号例如HDMI(High-Definition Media Interface，高清多媒体接口)、DP(Displayport，高清显示接口)信号在传输线缆中呈指数快速衰减，高清的HDMI、DP尤其是超高清的4K、8K的信号，用价格昂贵的线材，也只能传输几米的距离。这样就很大程度上限制了HDMI、DP等无压缩、无损高清显示的应用。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种芯片及数字视频信号传输系统，以延长数字视频信号的传输距离。

为了达到上述实用新型目的，本申请采用了如下技术方案：

一种芯片，包括：

第一接收模块、协议逻辑模块、色彩空间转换模块、压缩模块和发送模块；

其中，所述第一接收模块用于接收数字视频信号；

所述协议逻辑模块用于对所述数字视频信号进行协议解包，得到视频码流；

所述色彩空间转换模块用于对所述视频码流进行色彩空间转换；

所述压缩模块用于对色彩空间转换过的视频码流进行无损压缩；

所述发送模块用于发送无损压缩后的视频码流。

可选地，所述芯片还包括：

增强模块，用于对所述发送模块发送的无损压缩后的视频码流进行预加重处理。

可选地，所述发送模块为并转串模块。

可选地，所述并转串模块为高速差分串行接口。

上述为芯片的第一种技术方案，与上述技术方案提供的芯片相对应，本申请还提供了芯片的第二种技术方案，具体如下：

一种芯片，包括：第二接收模块，解压缩模块、色彩空间转换模块、发射器逻辑模块以及输出模块；

其中，所述第二接收模块用于接收无损压缩后的视频码流；

所述解压缩模块用于对所述无损压缩后的视频码流进行解压缩；

所述色彩空间转换模块用于对解压缩后的视频码流进行色彩空间转换；

所述发射器逻辑模块用于对色彩空间转换后的视频码流进行编辑，得到符合数字视频信号协议的数字视频信号；

所述输出模块用于输出数字视频信号。

可选地，所述芯片还包括：信号放大模块，用于在所述第二接收模块接收视频码流之前对预加重的视频码流进行放大处理。

可选地，所述第二接收模块为串行接口；

所述芯片还包括：串并转换模块，用于将所述串行接口接收到的串行信号转换为并行信号，并将所述并行信号传送至所述解压缩模块。

可选地，所述串行接口为通用高速差分串行接口。

基于上述技术方案提供的芯片，本申请还提供了数字视频信号传输系统的技术方案，具体如下：

一种数字视频信号传输系统，包括：

发送端和接收端，所述发送端为第一种技术方案所述的芯片，所述接收端为上述第二种技术方案所述的芯片；

所述发送端和所述接收端之间通过数据传输媒介连接。

可选地，所述数据传输媒介为数字视频信号的传输线缆、用于网络连接的网线和具有高带宽数据直通和切换功能的芯片中的任一种。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

利用本申请提供的芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统，在数字视频信号的发送端对数字视频信号例如HDMI或DP信号进行色彩空间转换，其对视频图像质量的影响可以忽略不计。然后，对色彩空间转换后的数字视频信号进行(浅度)无损的视频码流压缩，其最高压缩比可以达到8:1，通过该(浅度)无损的视频码流压缩技术降低了数据速率，从而减少了视频码流传输中的信号衰减，使传输距离提升10倍以上。在接收端对视频码流进行无损解压，使图像的分辨率回复到原始的状态，维持原有的图像品质。因此，本申请提供的芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统能够在不影响视频图像质量的前提下，延长数字视频信号的传输距离。

本申请提供的数字视频信号传输系统可以方便应用在需要长距离传输的应用场景如网吧、会场、家庭、地铁、高铁、多媒体教室等，实现巨大的经济和社会价值。

附图说明

为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图作一简要说明。

图1是本申请实施例提供的数字视频信号传输系统的框架示意图；

图2是本申请实施例提供的发送端结构示意图；

图3是本申请实施例提供的接收端结构示意图。

具体实施方式

在描述本申请具体实施方式之前，首先介绍描述本申请具体实施方式时用到的技术术语及其对应的英文详细名称及英文缩写。

HDMI(High-Definition Media Interface)：高清多媒体接口；

DP(Displayport)：高清显示接口；

CSC(Color Space Conversion)：色彩空间转换；色彩空间转换是指把一个色彩空间中的颜色数据转换或表示成另一个色彩空间中的相应数据，即用不同的色彩空间中的数据表示同一颜色；

DSC(Digitial Stream Compression)：(浅度)数字视频码流压缩；

SERDES(Serializer and Deserializer)：通用高速差分串行接口；

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)：专用芯片；

FPGA(Field Programmable Gate Array)：可逻辑编程芯片。

视频信号源和显示设备之间，有很多标准的数字视频信号传输格式，其中包括：DVI(Digital Visual Interface，数字图像接口)，HDMI，DisplayPort以及SDI(SerialDigital Interface，串行数字接口)。

在本申请实施例中，数字视频信号可以为上述任一传输格式的数字视频信号。

本申请实施例所述的数字视频信号传输系统用于将数字视频信号由视频信号源传输至显示设备，在显示设备上播放该数字视频信号对应的视频数据。

本申请实施例所述的数字视频信号传输系统的技术核心是通过对协议解包过的视频码流进行色彩空间转换和(浅度)数字视频码流的无损压缩，实现在对视频图像质量没有影响的情况下降低码率，从而降低数据传输时对带宽的要求，实现延长传输距离的目的。

下面结合附图对本申请提供的芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统的具体实施方式进行详细描述。

图1是本申请实施例提供的数字视频信号传输系统的框架示意图。如图1所示，该数字视频信号传输系统包括：

发送端11、接收端12以及用于连接发送端11和接收端12的数据传输媒介13。数据传输媒介13用于将视频数据从发送端11传输至接收端12。

其中，发送端11的具体结构如图2所示，其包括：

第一接收模块111、协议逻辑模块112、色彩空间转换模块113、压缩模块114和发送模块115。

其中，第一接收模块111用于接收数字视频信号。更具体地说，第一接收模块111用于从视频信号源中接收数字视频信号，作为示例视频信号源可以为摄像机。

协议逻辑模块112用于对数字视频信号进行协议解包，得到视频码流。数字视频信号是具有一定视频协议标准格式的信号，例如HDMI信号为具有HDMI协议的信号，为了得到原始的视频码流，需要利用协议逻辑模块112对第一接收模块111接收到的数字视频信号进行协议解包，以得到原始视频数据即视频码流。

色彩空间转换模块113用于对视频码流进行色彩空间转换。

压缩模块114用于对色彩空间转换过的视频码流进行无损压缩。

在色彩空间转换模块113对视频码流进行色彩空间转换时，其对视频图像质量的影响可以忽略不计，因此，色彩空间转换技术不会对视频图像质量带来不良影响。在实际应用中，工程师可以根据接收端12显示设备的分辨率要求、数据传输媒介13的类型和长度以及发送端11信号源支持的视频格式，选择色彩空间转换的转换类型。例如，4:4:4——>4:2:2，或者4:4:4——>4:2:0。通过色彩空间转换能够降低数据带宽。

在色彩空间转换的基础上，再对视频码流进行(浅度)数字视频码流压缩，从而进一步降低视频码流的带宽，同时保证较高的图像品质。在对视频码流进行(浅度)数字视频码流压缩的过程中，可以选择(浅度)数字视频码流压缩的压缩比(例如，1,2,3,4)。

本申请采用色彩空间转换以及(浅度)数字视频码流压缩技术，可以将高带宽的视频码流压缩2-8倍，最高压缩比可以达到8：1，因此，在发送端11能够降低视频数据速率，从而减少了视频码流传输中的信号衰减，使传输距离提升10倍以上。

发送模块115用于向接收端12发送无损压缩后的视频码流。

为了减少数据传输媒介13的传输线数量，发送模块115可以为并转串模块，如此，在视频码流传输之前，先将视频码流的并行信号转换为串行信号，如此数据传输媒介13通过一根传输线即可完成视频码流的传输。

另外，在发送端11内，通过色彩空间转换模块113对视频码流的色彩空间转换以及压缩模块114的对视频码流的无损压缩后，实现了在数字域降低码率，从而降低了码流需求，因此，发送模块115的传送物理层可以采用通用的高速差分串行接口。该高速差分串行接口一般是8b/10b(bit)的编码，保持直流电平稳定，驱动为差分电流驱动，有两端的终止(termination),所以抗干扰、抗反射能力比较好，交流耦合也可以避免对I/O兼容性的问题。这种物理层可以实现非常高的数据率。因此，利用该通用的高速差分串行接口，信号传输的稳定性和低误码率有很好的保障。

作为示例，该高速差分串行接口可以为4个差分驱动的高速差分串行接口，其可以用于传输4路数据信号或者用于传输3路数据信号和1路时钟信号。

此外，作为本申请的一具体实施例，为了进一步延长数字视频信号的传输距离，发送端11上还可以设置有增强模块116，该增强模块116用于对发送模块115发送的无损压缩后的视频码流进行预加重处理。如此，基于该具体实施例，利用结构相对简单的传输系统，在不增加视频传输延迟的情况下，即能实现数字视频信号更长距离的传输。

作为本申请的另一具体实施例，发送端11还可以设置有双向辅助控制通道117，所述双向辅助通道117用于传输下游显示设备支持的音视频参数信息以及用于传输控制下游显示设备的控制信号。其中，下游显示设备支持的音视频参数信息可以为音视频格式、速率等等。

在本申请实施例中，发送端11可以为芯片结构，作为示例，该芯片可以为ASIC芯片，也可以为FPGA芯片。

另外，在本申请实施例的发送端11中的各个功能模块可以通过电路结构实现，也可以通过软件程序模块来实现。

以上为发送端11的结构与功能的介绍。下面介绍接收端12的结构与功能。

与发送端11相对应，接收端12的具体结构如图3所示，其包括：

第二接收模块121，解压缩模块122、色彩空间转换模块123、发射器逻辑模块124以及输出模块125；

其中，第二接收模块121用于从发送端11的发送模块115中接收无损压缩后的视频码流；

解压缩模块122用于对无损压缩后的视频码流进行解压缩；

色彩空间转换模块123用于对解压缩后的视频码流进行色彩空间转换；

发射器逻辑模块124用于对色彩空间转换后的视频码流进行编辑，得到符合数字视频信号协议的数字视频信号；

输出模块125用于向下游显示设备输出数字视频信号，以将该数据视频信号传输到下游显示设备上进行播放。

需要说明，在本申请提供的数字视频信号传输系统中，接收端12的结构与功能和发送端11的结构与功能相对应。例如，一旦选择好发送端11内的CSC转换机制和DSC的压缩比后，在接收端12内就必须设置跟发送端11相同的配置，从而使视频码流得到正确的恢复与播放。

举例说明，当在发送端11内，压缩模块114的压缩比为4:1时，则在接收端12内，与之对应的解压缩模块122的解压缩比为1:4。

当在发送端11内，发送模块115为并转串模块时，接收端12内的第二接收模块121为串行接口。在这种具体实施方式下，为了提高数据传输效率，在接收端12内还可以设置有串并转换模块126，该串并转换模块126用于将串行接口接收到的串行信号转换为并行信号，并将并行信号传送至解压缩模块122。作为示例，该串行接口可以为通用高速差分串行接口。该高速差分串行接口可以用于传输4路数据信号或者用于传输3路数据信号和1路时钟信号。

当在发送端11内设置有增强模块116时，为了实现信号的均衡，在接收端12内还需要设置有信号放大模块127，该信号放大模块127用于在第二接收模块121接收视频码流之前对预加重的视频码流进行放大处理。

为了能够将数字视频信号传输到数字视频信号传输系统下游的显示设备上，需要利用接收端11内的发射器逻辑模块124将色彩空间转换后的视频码流进行协议编辑，得到符合数字视频信号协议的数字视频信号；例如得到符合HDMI协议的HDMI信号。

作为本申请的一具体示例，接收端12还可以设置有双向辅助控制通道128，该双向辅助通道128用于传输下游显示设备支持的音视频参数信息以及用于传输控制下游显示设备的控制信号。其中，下游显示设备支持的音视频参数信息可以为音视频格式、速率等等。

需要说明，在本申请实施例中，设置在发送端11内的双向辅助通道117与设置在接收端12内的双向辅助通道128进行通信连接。

以上为本申请实施例的接收端12的具体结构以及功能的介绍。在本申请实施例的接收端12中的各个功能模块可以通过电路结构实现，也可以通过软件程序模块来实现。

在本申请实施例中，数据传输媒介13可以为与数字视频信号的标准协议对应的信号传输线缆，还可以为用于网络连接的网线，也可以为具有高带宽数据直通和切换功能的芯片中。

此外，发送端11和接收端12焊接在印刷线路板上，因此，数据传输媒介13还可以为设置在所述印刷线路板上的差分对走线。

数据传输媒介13为与数字视频信号的标准协议对应的信号传输线缆。具体可以为：当数字视频信号的标准协议为HDMI时，传输线缆为HDMI标准传输线缆，当数字视频信号的标准协议为DP时，传输线缆为DP标准传输线缆。

当数据传输媒介13为用于网络连接的网线时，其可以采用CAT6或CAT6e线缆。

以上为本申请实施例提供的数字视频信号传输系统的具体实施方式。在数字视频信号传输系统中，在数字视频信号的发送端对数字视频信号采用色彩空间转换技术，其对视频图像质量的影响可以忽略不计。然后，对色彩空间转换后的数字视频信号进行(浅度)无损的视频码流压缩，其最高压缩比可以达到8:1，通过该(浅度)无损的视频码流压缩技术降低了数据速率，从而减少了视频码流传输中的信号衰减，使传输距离提升10倍以上。在接收端对视频码流进行无损解压，使图像的分辨率回复到原始的状态，维持原有的图像品质。因此，本申请提供的芯片以及包含该芯片的数字视频信号传输系统能够在不影响视频图像质量的前提下，延长数字视频信号的传输距离。

而且，本申请提供的数字视频信号传输系统的发送端11中，压缩模块114能够对视频码流进行无损压缩，压缩后的视频码流的带宽降低，如此，有利于延长信号的传输距离。而且通过该视频码流无损压缩的技术降低带宽方式，功耗较低。

此外，当利用该数字视频信号传输系统传输高速数字视频信号例如高清HDMI信号或者高清DP信号时，通过色彩空间转换技术能够实现在对视频图像质量影响可以忽略的前提下适当降低视频数据的带宽，在此基础上采用无损的(浅度)数字视频码流压缩技术，使数据带宽比例可以最高达8倍，从而使实际传输的高速数字视频信号的数据带宽接近标清视频码流的带宽，因此，该传输系统可以在低成本以及不增加视频传输延迟的情况下，实现高速数字视频信号的长距离传输。

本申请提供的数字视频信号传输系统可以方便应用在需要长距离传输的应用场景如网吧、会场、家庭、地铁、高铁、多媒体教室等，实现巨大的经济和社会价值。

为了更加突出本申请提供的数字视频信号传输系统的效果，下面将与现有技术中延长传输距离的多个方案分别进行比较说明。

现有技术一：通过直接对数字视频信号例如高速的HDMI、DP信号在发送端增强高频信号(预加重)和在接收端对高频信号进一步放大(信号均衡)的方式，来实现较长的信号传输距离，这样传输方式因为信号带宽不变，受信号衰减和信号通道及外部噪声的影响，所以延长的距离比较有限。

而本申请提供的传输系统通过无损视频码流压缩技术降低了信号带宽，如此，相较于现有技术一，本申请提供的传输系统能够将数字视频信号传输到更远的距离。

现有技术二：将数字视频信号例如HDMI、DP协议信号解包，转换成通用的SERDES信号，并驱动光模块，采用光纤作为传输媒介，因为光纤传输的损耗较低，从而实现长距离传输(数百米，多模光纤；数十公里，单模光纤)。但是这种信号转换加光驱动再用光纤的方式成本很高，而且安装的灵活性也很差，而且无法让控制信号双向传输。

相较于该现有技术二，本申请提供的传输系统无需安装光模块，其安装灵活性较高，而且能够实现控制信号的双向传输。

现有技术三：将数字视频信号例如HDMI、DP协议信号解包以后进行压缩(JPEG、H.264等)，再转换成网络协议，通过网线传输，在接收端接收后进行视频解压，再转换成HDMI、DP的协议信号。此技术方案的优势是压缩比高，传输带宽需求比较低，同时采用通用的TCP/IP协议传输，可以通过网络交换机，支持多个接收端的显示和双向控制信号的传输。但是缺点是对视频的品质有很大的影响，尤其是在动感画面时，有时会出现卡顿现象，另外，压缩和解压的过程需要比较长的时间，因此，会有很大的时间延迟，无法用在对延长要求严格的应用场景，例如倒车影像和游戏中。

而由于本申请的传输系统，采用的色彩空间转换技术对视频图像质量几乎没有影响。另外，压缩技术采用的是(浅度)无损的视频码流压缩技术，其压缩和解压过程需要的时间较短，因此，本申请提供的传输系统没有时间延迟，因此，本申请提供的数字视频信号传输系统可以应用在对延迟要求严格的应用场景，例如倒车影像和游戏。

现有技术四：将数字视频信号例如HDMI、DP协议信号解包，对协议解包过的视频码流不进行压缩处理，而是在信号传输的物理层，对信号进行编码处理，如多电平编码(PAM4，4电平，或者更多层级的电平编码)，来降低传输信号的带宽，实现增加传输距离的目的，但是这种做法功耗很高，芯片成本也很高，对线缆的要求很高，稳定性也不好。

而在本申请的传输系统中，通过对视频码流进行浅度无损压缩来降低带宽从而达到延长传输距离的方式，功耗及芯片成本较低，而且本申请提供的方式对数据传输媒介的线缆要求较低，而且传输稳定性较高。因此，相较于现有技术四，本申请能够在低功耗、低成本的前提下，实现对数字视频信号尤其是高速数字视频信号的稳定的长距离传输。

基于上述比较分析，本申请提供的数字视频信号传输系统能够同时达到传输距离长、硬件成本低、方便使用、图像质量高以及功耗低和传输稳定的效果。

以上为本申请的具体实施方式。

Claims (10)

1.一种芯片，其特征在于，包括：

第一接收模块、协议逻辑模块、色彩空间转换模块、压缩模块和发送模块；

其中，所述第一接收模块用于接收数字视频信号；

所述协议逻辑模块用于对所述数字视频信号进行协议解包，得到视频码流；

所述色彩空间转换模块用于对所述视频码流进行色彩空间转换；

所述压缩模块用于对色彩空间转换过的视频码流进行无损压缩；

所述发送模块用于发送无损压缩后的视频码流。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

增强模块，用于对所述发送模块发送的无损压缩后的视频码流进行预加重处理。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述发送模块为并转串模块。

4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述并转串模块为高速差分串行接口。

5.一种芯片，其特征在于，包括：第二接收模块，解压缩模块、色彩空间转换模块、发射器逻辑模块以及输出模块；

其中，所述第二接收模块用于接收无损压缩后的视频码流；

所述解压缩模块用于对所述无损压缩后的视频码流进行解压缩；

所述色彩空间转换模块用于对解压缩后的视频码流进行色彩空间转换；

所述发射器逻辑模块用于对色彩空间转换后的视频码流进行编辑，得到符合数字视频信号协议的数字视频信号；

所述输出模块用于输出数字视频信号。

6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：信号放大模块，用于在所述第二接收模块接收视频码流之前对预加重的视频码流进行放大处理。

7.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述第二接收模块为串行接口；

所述芯片还包括：串并转换模块，用于将所述串行接口接收到的串行信号转换为并行信号，并将所述并行信号传送至所述解压缩模块。

8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述串行接口为通用高速差分串行接口。

9.一种数字视频信号传输系统，其特征在于，包括：

发送端和接收端，所述发送端为权利要求1-4任一项所述的芯片，所述接收端为权利要求5-8任一项所述的芯片；

所述发送端和所述接收端之间通过数据传输媒介连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据传输媒介为数字视频信号的传输线缆、用于网络连接的网线和具有高带宽数据直通和切换功能的芯片中的任一种。