|
現在，國際上基于各種算法的數字視頻傳輸標準已有很多，但壓縮編碼會對視頻信息帶來不同程度的損失，當壓縮比高(數據傳輸速率低)時，圖像失真嚴重，容易出現馬賽克及塊效應現象。在電視臺內部等要求高清晰度的場合，這種失真是不允許的。因此，本文介紹了一種全數字、無壓縮多路數字視頻光纖傳輸系統，可實現2路視頻和4路音頻信號的同時傳輸，且容易實現，傳輸性能好，總體性價比高。 系統設計方案 一般情況下，在非壓縮視頻傳輸系統中，通常先把視頻信號經編碼、復接、電光變換之后，再經光纖傳輸到目的地，然后經光電轉換、分接、解碼等處理，還原成原始的視頻信號。對于單路視頻傳輸系統，復/解復接系統一般用通用的復/解復接芯片來實現，但如果系統要傳輸多路視頻信號，現有的復/解復接芯片是不能獨立完成的。以本設計要求為例，需要滿足2路視頻和4路音頻的同時傳輸。每路視頻信號采用12位量化，2路視頻則需要24路的數字信號，而HDMP1032芯片最多可擴展為17路數據復/解復接傳輸，這還不包括4路音頻轉換為數字信號所占用的數據位，因而僅僅通過單個復/解復接芯片不能滿足要求，必須采用多次復/解復接才能完成設計。本文介紹一種基于HDMP1032/1034串行/解串行芯片，采用二次復/解復接實現多路數字視頻/音頻/數據在一根電纜或光纖上傳輸的方案，原理框圖如圖1所示。 圖1系統設計原理框圖 圖2 HDMP1034A(Rx)接收端時序圖 關鍵技術 本設計采用二次復用的方法傳輸2路視頻信號、4路音頻信號。二次復用的思想類似于脈沖編碼調制。在發送端，多路模擬視頻/音頻信號經ADC轉換為多路數字視頻/音頻信號，為了減輕復接單元的壓力，首先將多路數字信號分別通過一個合路器進行一次復用，復用為1路或幾路較高速并行數字信號，然后再將其送到復接單元G—Link進行二次復接，得到高速串行數字信號；在接收端，高速串行信號首先經過分接單元進行一次解復用，得到較高速多路并行數字信號，然后分別經分路器進行二次解復接恢復為多路數字視頻/音頻信號，再通過DAC轉換為多路模擬信號。整個系統的同步主時鐘由一個32.768MHz的晶振提供。二次復/解復接由HDMP1032/1034串行/解串行芯片來完成，所以主要設計的是信號的一次復/解復接部分。由于4路音頻信號最后合為1路串行信號進入HDMP1032/1034芯片組，所以4路音頻復/解復接的時序是整個系統的關鍵。 視頻信號的處理 首先，分別對視頻和音頻信號進行量化復接。兩路視頻經過A/D轉換后，采用12位量化后輸出24路數字信號，取樣速率為16.384MHz，然后經過2：1的復接器。復接的具體做法是第一路A/D轉換量化后的第一位A0與第二路A/D轉換量化后的第一位B0復接為TX0，第一路A/D轉換量化后的第二位A1與第二路A/D轉換量化后的第二位B1復接為TX1，依此類推，24路視頻信號復接為12路并行數據TX0、TX1、…、TX11進入HDMP1032。由于每路信號速率為16.384Mbps，故復接后信號速率為32.768Mbps。在接收端，HDMP1034仍然輸出12路視頻數字信號，然后通過兩個反相時鐘分別解出兩路視頻。 音頻信號一次復接的實現 本設計中音頻信號的采樣頻率為32KHz，量化精度為24位，同時進行AES3編碼，轉換后的單路音頻碼流速率為4.096Mbps。4路音頻TXP0、TXP1、TXP2和TXP3經ADC轉換后，通過4：1數據選擇器復接成1路速率為16.384Mbps的串行數字信號TXA，這個過程是通過主時鐘的4分頻(F1)和8分頻(F2)兩個時鐘的4種組合、利用時分復用的原理完成的。 作為擴展需要， TXA與一路外部擴展信號EX用16.384MHz時鐘進行2：1的復接，最終得到速率為32.768Mbps的信號TXAE。這與視頻信號的速率相等，保證了輸入HDMP1032芯片的各數據流速率一致。在接收端，同樣用音頻一次復用時采用的時鐘F1和F2將4路音頻信號恢復出來。 高速串/并轉換的實現 設計中視頻/音頻信號的串行傳輸通過HDMP1032/4A芯片組完成。HDMP1032/4A芯片組可實現高速數據鏈路的點對點通信，在使用中，它可以看成傳送數據和控制字的“虛擬帶狀電纜”接口。載入Tx發射芯片的并行位可以經過一個同軸電纜或是光纖鏈路串行信道到達Rx接收芯片，并在Rx恢復為最初的并行格式。 在發射端，HDMP1032內部的鎖相環(PLL)和時鐘發生器用來產生發射芯片工作所需要的全部內部時鐘。通過所需的并行碼率設置控制信號TXDIV1/0的選擇，PLL鎖住TXCLK輸入的時鐘，經CIMT編碼后擴展為20位(16位碼位+4位編碼位)。鎖相完成后，芯片開始接收并行碼率在TXDIV1/0設定范圍內的信號。又根據控制位的狀態，決定信號類型、進行編碼復接、串行輸出。 在接收端，高速串行數據進入Rx后，片內的時鐘——數據恢復電路(CDR)從輸入數據提取時鐘，恢復出數據。CDR電路鎖住REFCLK的頻率，與抽樣后的輸入信號相位對齊。恢復后的數據進入解復接電路，時鐘發生器根據碼流速率產生內部電路所需的所有時鐘。此時串行數據解復接為并行數據，再進入譯碼器譯碼，然后輸出并行碼。 信號經一次復接后，2路視頻和4路音頻復接為13路并行的數字信號，同時，為了準確恢復音頻信號，保證接收端和發射端信號與復接時鐘之間的相對關系不變，我們將復接時用到的時鐘F1和F2也作為數據與信號并行傳輸，在接收端得到RF1和RF2。這樣，加上2路時鐘信號，總共15路數字信號進入二次復接芯片HDMP1032A的數據位。由HDMP1032A出來的1路串行數據經光纖傳輸進入HDMP1034A，通過其內部處理，在接收端得到的仍然是15路數字信號，即進入HDMP1032A的并行信號。這樣，音視頻信號的二次復接和一次解復接已經由HDMP1032/4A芯片組完成。 圖3 音頻二次解復接的電路原理圖 音頻二次解復接的實現 HDMP1034可自動產生兩個互為反相的RXCLK0和RXCLK1，作為所有輸出信號的標志信號，所有的恢復信號的相位均以這兩個信號作為參考。這對于得到用于恢復各路音頻的時鐘信號非常重要。圖2所示的是輸出信號與RXCLK0和RXCLK1之間的時序關系。RX[0-15]表示HDMP1032/4A芯片組中可作為信號傳輸的16位并行數據位，它們與RXCLK0的下降沿存在td、典型值為2ns的延遲。事實上，作為芯片時鐘輸入的TXFLAG經過芯片組后得到的RXFLAG同樣與各數據位相位一致。 從串行信號恢復出的各信號必須遵循的原則是用復接時用到的頻率去恢復出串行流中包含的各信號。因此，首先用同樣是Tx恢復出的16.384MHz的RX16MA將數據信號和外部擴展信號EX分離開，得到RXA。為了能準確地恢復RXA，所選用的16.384MHz時鐘的邊沿應該盡量靠近RXP[0-3]數據包的中間部分。處理的辦法是將RXFLAG做為數據位，RXCLK1做為時鐘，經過一個D觸發器，得到16.384MHz的RX16MA，這樣，RX16MA與RXAE之間存在約為5ns的延時。 對于RXP[0-3]的恢復選用的是兩個4.096MHz的時鐘，具體的電路如圖3所示。最后用于RXP[0-3]解復接的4個時鐘信號分別是DRF2及其反相信號，RF2及其經過與非門之后的信號。其中，DRF2及其反相信號分別解出RXP0和RXP2，RF2及其經過與非門之后的信號分別解出RXP3和RXP1。因為4路音頻復接成的串行信號速率為16.384Mbps，因此，對相鄰兩路音頻信號解復接的兩路時鐘信號應存在一個周期的延遲，對應到解復接采用的4.096MHz的時鐘，即為1/4個周期的延遲。 這樣，首先將4路音頻與1路擴展信號分離，然后進行RXP[0-3]的解復接，最后恢復出了4路音頻信號。 結語 本方案具有簡單、實用、可靠性高、成本低等特點，已經成功運用于傳輸多路音視頻及數據信息的光端機設計中。視頻傳輸質量達到廣播電視水平；音頻傳輸質量足以滿足專業級的立體聲傳輸要求(失真＜-75dB、S/N＞75dB、20Hz～20kHz帶內平坦度＜±0.5dB)。 |
