专利名称：数字视频信号的光传输适配设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字信息的传输设备，更确切地说是涉及一种数字视频信号的光传输适配设备。
早期的视频监控，是对模拟信号进行调制后再通过各种媒体传输的，由于模拟视频信号的抗干扰能力差且不易进行计算机处理，目前已逐步被数字视频技术所取代。
目前，已有不少厂家推出了数字化的视频监控产品，它们在视频信号的压缩方式、传输方式等方面各有不同，又各有优劣。视频信号的压缩方式，主要包括H系列、MPEG、M-JEPG及小波变换等，视频信号的传输方式主要包括采用PSTN(采用调制解调器通过普通电话线拨号)、N×64K专线(在2M子速率下传送图像)、以太网(基于以太网接口、通过10/100M以太网接口传送图像)和光纤等通道，其中基于光纤传输的数字方式，通过光纤传送图像，解决了传输带宽问题，可提供高质量的视频图像。在发送端数字视频信号光传输适配装置的前端，采用M-JPEG算法对模拟图像进行压缩、编码，完成数字化处理，再通过复用器复接到高速信道，通过电/光转换，将光信号发送到光纤通道。在接收端的数字视频信号光传输适配装置中，通过光/电转换，和进行反向复用、视频解码与解压缩，输出模拟图像信号。
传输带宽是用户收看高质量数字图像的保证，在标准的SDH(同步数字系列)设备上，通常提供E1(2.048Mb/s)接口，就现有的图像压缩方式来说，单个E1信道是不可能给用户提供高品质的数字图像的，所以需要用多个E1通道来传输一路数字视频信号。
图1所示是一种数字视频信号光传输适配设备的传统结构，由发送装置与接收装置组成。
发送装置包括位于共享总线31左边的视频压缩编码单元和位于共享总线31右边的多路光复接单元。视频压缩编码单元包括视频处理模块11(如传统使用的压缩编码模块)、先进先出模块12(FIFO)和视频编码时序控制模块13(采用可编程逻辑器件EPLD)，视频处理模块(压缩编码模块)11输出8位并行压缩编码数据和与字节对应的压缩时钟WCK，CLK是线路时钟，CLOCK、DATA分别为时钟信号和视频数据信号；多路光复接单元包括多E1反向复用器14和SDH光传输设备15，多E1反向复用器14的1至X个E1接口141与SDH光传输设备15的1至X个E1接口151对应连接。SDH光传输设备15连接传输光纤。
接收装置，包括位于共享总线31左边的视频解压缩解码单元和位于共享总线31右边的多路光反向复接单元。视频解压缩解码单元包括视频处理模块21(如传统使用的解压缩解码模块)、缓冲器模块22(BUFFER)和视频解码时序控制模块23(采用可编程逻辑器件EPLD)，RCK是与字节对应的解压缩时钟，CLK是线路时钟，CLOCK、DATA分别为时钟信号和视频数据信号；多路光反向复接单元包括多E1反向复用器24和SDH光传输设备25，多E1反向复用器24的1至X个E1接口241与SDH光传输设备25的1至X个E1接口251对应连接。SDH光传输设备25连接传输光纤。
上述多E1反向复用器14与多E1反向复用器24的结构，也可用IP适配器14’、24’代替，IP适配器14’、24’的网口141’、241’与SDH光传输设备15、25的“IP over SDH”’151’、251’连接。
图1所示的结构，为了实现高质量图像收视，是在发送端设置“多E1反向复用器”，即在视频压缩编码后将每一路数字视频信号分配到多个E1接口上，和在接收端设置“多E1反向复用器”，即在视频解压缩解码后再将多个E1合成一路图像信号。这样的先合路再分路的设计，不仅技术复杂，而且成本极高，如一般性能的一对“多E1反向复用器”需要5至10万人民币。此外，将压缩信号打成IP包，然后通过“IP over SDH”’在光纤网上传输，虽可以保证带宽，但成本太高，且带宽的利用率太低。
实现本实用新型目的的技术方案是这样的一种数字视频信号的光传输适配设备，包括发送装置和接收装置，发送装置包括视频压缩编码单元、多路光复接单元和电/光转换单元，接收装置包括光/电转换单元、多路光反向复接单元和视频解压缩解码单元，其特征在于所述的多路光复接单元包括nB1H反向复用器、帧定位模块和数字交叉矩阵，nB1H反向复用器输出时钟(CLOCK)信号到帧定位模块，帧定位模块按自定义帧结构产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)至所述的视频压缩编码单元，和产生自定义H码(H CODE)至nB1H复用器，数字交叉矩阵将来自视频压缩编码单元的n路自定义数据(V_DATA1、V_DATA2、...V_DATAn)按配置交叉输出为n路B码数据(B1、B2、...、Bn)至nB1H反向复用器；所述的多路光反向复接单元包括nB1H反向复用器、帧提取模块和缓冲模块，nB1H反向复用器输出时钟(CLOCK)和自定义H码(H CODE)到帧提取模块，帧提取模块按帧同步位置输出自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)至所述的视频解压缩解码单元，和产生定位信号(FOK)至nB1H反向复用器，缓冲模块将来自nB1H反向复用器的n路B码数据(B1、B2、...、Bn)按顺序缓冲输出为n路自定义数据(V_DATA1、V_DATA1、...V_DATAn)至所述的视频解压缩解码单元。
所述的视频压缩编码单元中，用于控制视频压缩编码数据输出的视频编码时序控制模块是一并/串变换器，对按字节输出的n路视频压缩编码数据，按所述自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)的时序关系，并/串变换为带有字节边界信息的n路自定义数据(V_DATAx)；所述的视频解压缩解码单元中，用于控制视频解压缩解码数据输出的视频解码时序控制模块是一串/并变换器，将带有字节边界信息的n路自定义数据(V_DATAx)，按所述自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)的时序关系，串/并变换为按字节输出的n路视频压缩编码数据。
所述多路光复接单元中的帧定位模块，包括计数器、生成帧码(F码)的固定序列发生器、时序控制器和并/串变换器；计数器将时钟(CLOCK)送时序控制器和将时钟(CLOCK)的分频信号送固定序列发生器，时序控制器按时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)，并/串变换器在时序控制器的控制下将来自数据输入、音频输入和固定序列发生器的帧码(F码)按照固定的相位关系复接成所述的自定义H码(H CODE)。
所述多路光反向复接单元中的帧提取模块，包括计数器、固定序列发生器、比较器、第一D触发器、第二D触发器、串/并变换器和时序控制器；计数器将时钟(CLOCK)送时序控制器和将时钟(CLOCK)的分频信号送固定序列发生器，时序控制器按时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)，比较器对自定义H码(H CODE)和固定序列发生器生成的帧码(F码)进行比较，比较器输出送第一D触发器的数据D端，第一D触发器的时钟端接计数器的一分频信号，第一D触发器的输出端接第二D触发器的时钟端，第二D触发器的输出端接计数器的禁止端，第二D触发器的清零端接一帧码(F码)序列比较结束的周期信号，串/并变换器在时序控制器的控制下从所述的自定义H码(H CODE)中恢复数据输出和语音输出。
所述的多路光复接单元，nB1H反向复用器、帧定位模块和数字交叉矩阵是集成制作在一可编程门阵列器件(FPGA)中；所述的多路光反向复接单元，nB1H反向复用器、帧提取模块和缓冲模块是集成制作在一可编程门阵列器件(FPGA)中。
所述压缩编码单元与多路光复接单元间采用背板连接；所述解压缩解码单元与多路光反向复接单元间采用背板连接。
本实用新型的数字视频信号的光传输适配设备，通过采用自定义帧结构，完全抛弃先合路再分路的方式，在发送端，将帧码(F码)插入到带有字节边界的数据字节中，让每一路数字视频信号直接复接到光纤中传送，在接收端，再从带有字节边界的数据字节中提取出帧码(F码)，可节省成本和提高带宽的利用率，便于将传输网络与视频监控的管理合一，从而在专业的视频监控领域给用户带来方便。
图6是图2中帧提取(搜索)模块电原理图；图7是图6中HCODE与分频信号Q2的相位关系示意图。
参见图2，本实用新型数字视频信号光传输适配设备，采用背板连接。发送装置的背板61一侧，是视频压缩编码单元，包括视频处理模块41(压缩编码模块)、先进先出模块42(FIFO)和视频编码时序控制模块43(可采用可编程逻辑器件EPLD)，发送装置的背板61另一侧，是多路光复接单元，包括帧定位模块44、数字交叉矩阵45和nB1H复用器46(包括1路H码和n路业务码即B码，也即视频流的复接)。接收装置的背板62一侧，是视频解压缩解码单元，包括视频处理模块51(解压缩解码模块)、缓冲模块52(BUFFER)和视频解码时序控制模块53，接收装置的背板62另一侧，包括帧提取(搜索)模块54、缓冲模块55和nB1H反向复用器56(包括1路H码和n路业务码即B码，也即视频流的反向复接)，与nB1H复用器46(也是反向复用器)及nB1H反向复用器56连接的分别是电/光(E/O)转换模块71和光/电(O/E)转换模块72。
发送装置的nB1H复用器46输出时钟信号(CLOCK)到帧定位模块44，由帧定位模块44按照自定义的帧结构产生定位V_SYNC信号，并连同支路时钟V_CLOCK(经n分频后获得)信号，通过背板61发送给视频编码时序控制模块43，视频编码时序控制模块43按照定位信号(V_SYNC)输出数字视频信号V_DATAx(x＝1，2，...，n)，并通过背板61返回给数字交叉矩阵45，数字交叉矩阵45按照用户的配置将V_DATAx中的V_DATA1～V_DATAn输出到不同的时隙(数据信道)B1、B2、...、Bn上，最后通过nB1H复用器产生H码与B码的复接信号，再经电光信号转化，将信号发送到光纤上。
接收装置的nB1H反向复用器56的主要功能是按照复接端的输入顺序，将时隙(数据信道)B1、B2、...、Bn输出到缓冲模块55，并以V_DATA1～V_DATAn输出到背板62。由帧提取模块54搜索并提取H码(HCODE)中的帧同步信息，当找到帧同步信息时，返回定位信号FOK给nB1H反向复用器56，使nB1H反向复用器56输出信号的时隙按照B1、B2、...、Bn的顺序排列，同时帧提取模块54按照帧同步的位置输出自定义定位(V_SYNC)信号，并连同H码(HCODE)和n支路时钟(V_CLOCK)信号输出到背板62，并通过背板62提供给每一路视频解码电路，让任意一路视频解码电路都可以接收到任意时隙的视频信号。
实施时，由帧定位模块44、数字交叉矩阵45和nB1H反向复用器46连接组成的多路光复接单元，可利用一个可编程门阵列电路(FPGA)设计，由帧提取(搜索)模块54、缓冲模块55和nB1H反向复用器56连接组成的多路光反向复接单元，也可利用一个可编程门阵列电路(FPGA)设计(反向复用器、数字交叉矩阵等均为常规技术)。
参见图3，图中示出压缩编码单元中视频编码时序控制模块43结构、解压缩解码单元中视频解码时序控制模块53结构及其自定义定位信号(V_SYNC)、自定义支路时钟信号(V_CLOCK)与自定义n路视频数据(V_DATAx)信号间的时序关系。
由于经视频压缩编码后的数据是按照字节(8bit)输出的，所以在进行一路帧码(H码)和n路业务码(B码)的复用时，必须让n路中的每一路视频数据(V_DATAx)信号携带字节边界信息，如字节最高位MSB和字节最低位LSB，供解码端通过识别该字节边界信息，将n路中的每一路视频数据(V_DATAx)信号恢复成字节形式，送缓冲模块52。
本实用新型根据该特点设计自定义帧结构，通过将视频编码时序控制模块43设计成并/串变换器，和将视频解码时序控制模块53设计成串/并变换器，让每一帧数据都携带各个时隙的字节边界信息MSB、LSB，并最终由自定义定位信号(V_SYNC)将字节边界信息通知视频压缩编码模块41及视频解压缩解码模块51。自定义定位信号(V_SYNC)、自定义支路时钟信号(V_CLOCK)与自定义n路视频数据(V_DATAx)信号间的时序关系如图中所示。
参见图4、图5，分别是帧定位模块44的电原理图及其以立体方式表示的nB1H复用H码和B码的相位关系图。
帧定位模块44主要包括计数器441、固定序列发生器442、并/串变换器443、时序控制器444、数据输入电路445和音频输入电路446。帧定位模块中携带着光线路的同步信息以及各个B时隙(信道数据)的字节边界信息，计数器441经分频产生固定序列发生器442生成帧码(F码)所需的频率信号Q(5..3)，固定序列发生器442生成帧码(F码，F1、F2、...F8)，经并/串变换器443与数据输入电路445、音频输入电路446的数据与语音混合，形成H码(HCODE)给nB1H复用器46。时序控制模块444按照时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义支路时钟信号(V_CLOCK)，使H码与B码按照固定的相位关系复接在一起。
参见图6、图7，分别是帧提取模块54的电原理图及其H码(HCODE)与分频信号Q2的相位关系图。帧提取模块54主要包括计数器541、固定序列发生器542、串/并变换器543、时序控制器544、数据输出电路548、音频输出电路549、比较器545、第一D触发器(DFF1)和第二D触发器(DFF2)。
帧提取模块54主要用于提取(搜索)H码(HCODE)中的帧定位信息，输出数据与语音，产生自定义定位信号(V_SYNC)，输出B码与自定义定位信号(V_SYNC)间的相位关系与复接时一样。
由时序控制模块输出FOK信息，返回给nB1H反向复用器56，使nB1H反向复用器56按照B1～Bn的顺序输出B码，同时控制本模块内的计数器产生与帧定位时(编码端)相同的时序关系。时序控制器544的工作原理与图4中时序控制器444相同，按照时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义支路时钟信号(V_CLOCK)至背板62。由于H码与B码在编码时就有了固定的相位关系，所以按照H码产生的自定义定位信号(V_SYNC)就可以给各个B时隙(数据信道)字节边界定位。
图6中，首先由计数器541对接收的时钟CLOCK分频，其中的分频信号Q(5..3)是固定序列发生器542生成帧码(F码)所需的频率信号，固定序列发生器542生成帧码(F码，F1、F2、...F8)固定序列，比较器545将这个固定序列与H码(HCODE)进行逐位比较，用比较器的输出状态控制第一D触发器546的输出状态，第一D触发器按照F1、F2、...F8在帧定位端插入时的频率采样，Q2＝9.72MHz/8＝1.215MHz，产生COM信号，如果比较器输出的是比较不一致信号，则说明没有找到H码中的定位信息，由第二D触发器547产生CIN信号，控制计数器541扣除一个脉冲，使H码与产生的固定序列(帧序列)信号错开一位，然后再重新执行上述过程，判断这种同步关系，直至找到同步，此时COM信号一直保持低电平，CIN信号也保持低电平。HCODE与Q2的关系如图7中所示，即Q2的每一个脉冲的上升沿都落在相应的F1、F2、...F8中。每比较完一个帧码(F码)序列中的F1、F2、...F8后，产生一个FR信号，对第二D触发器进行清零操作，使CIN信号为低电平，计数器541可以开始新一轮的操作。
本实用新型数字视频信号的光传输适配装置，是数字化视频监控技术、光通信技术和网络通信技术相结合的产物，可以提供从2M到10M的稳定视频图像，图像质量可达到DVD效果。本实用新型采用三种自定义信号V_CLOCK、V_SYNC、V_DATAx，控制视频压缩数据到交叉连接矩阵的适配，只需简单的逻辑电路即可完成，交叉连接矩阵信号输出给复用器，经过光驱动输出到光纤上，从而省去了传输设备的接口模块和映射模块，，视频处理设备也不用加复杂而又昂贵的接口电路。
权利要求1.一种数字视频信号的光传输适配设备，包括发送装置和接收装置，发送装置包括视频压缩编码单元、多路光复接单元和电/光转换单元，接收装置包括光/电转换单元、多路光反向复接单元和视频解压缩解码单元，其特征在于所述的多路光复接单元包括nB1H反向复用器、帧定位模块和数字交叉矩阵，nB1H反向复用器输出时钟(CLOCK)信号到帧定位模块，帧定位模块按自定义帧结构产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)至所述的视频压缩编码单元，和产生自定义H码(H CODE)至nB1H复用器，数字交叉矩阵将来自视频压缩编码单元的n路自定义数据(V_DATA1、V_DATA2、...V_DATAn)按配置交叉输出为n路B码数据(B1、B2、...、Bn)至nB1H反向复用器；所述的多路光反向复接单元包括nB1H反向复用器、帧提取模块和缓冲模块，nB1H反向复用器输出时钟(CLOCK)和自定义H码(H CODE)到帧提取模块，帧提取模块按帧同步位置输出自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)至所述的视频解压缩解码单元，和产生定位信号(FOK)至nB1H反向复用器，缓冲模块将来自nB1H反向复用器的n路B码数据(B1、B2、...、Bn)按顺序缓冲输出为n路自定义数据(V_DATA1、V_DATA1、...V_DATAn)至所述的视频解压缩解码单元。
2.根据权利要求1所述的一种数字视频信号的光传输适配设备，其特征在于所述的视频压缩编码单元中，用于控制视频压缩编码数据输出的视频编码时序控制模块是一并/串变换器，对按字节输出的n路视频压缩编码数据，按所述自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)的时序关系，并/串变换为带有字节边界信息的n路自定义数据(V_DATAx)；所述的视频解压缩解码单元中，用于控制视频解压缩解码数据输出的视频解码时序控制模块是一串/并变换器，将带有字节边界信息的n路自定义数据(V_DATAx)，按所述自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)的时序关系，串/并变换为按字节输出的n路视频压缩编码数据。
3.根据权利要求1所述的一种数字视频信号的光传输适配设备，其特征在于所述多路光复接单元中的帧定位模块，包括计数器、生成帧码(F码)的固定序列发生器、时序控制器和并/串变换器；计数器将时钟(CLOCK)送时序控制器和将时钟(CLOCK)的分频信号送固定序列发生器，时序控制器按时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)，并/串变换器在时序控制器的控制下将来自数据输入、音频输入和固定序列发生器的帧码(F码)按照固定的相位关系复接成所述的自定义H码(H CODE)。
4.根据权利要求1所述的一种数字视频信号的光传输适配设备，其特征在于所述多路光反向复接单元中的帧提取模块，包括计数器、固定序列发生器、比较器、第一D触发器、第二D触发器、串/并变换器和时序控制器；计数器将时钟(CLOCK)送时序控制器和将时钟(CLOCK)的分频信号送固定序列发生器，时序控制器按时序关系产生自定义定位信号(V_SYNC)和自定义n支路时钟(V_CLOCK)，比较器对自定义H码(HCODE)和固定序列发生器生成的帧码(F码)进行比较，比较器输出送第一D触发器的数据D端，第一D触发器的时钟端接计数器的一分频信号，第一D触发器的输出端接第二D触发器的时钟端，第二D触发器的输出端接计数器的禁止端，第二D触发器的清零端接一帧码(F码)序列比较结束的周期信号，串/并变换器在时序控制器的控制下从所述的自定义H码(HCODE)中恢复数据输出和语音输出。
5.根据权利要求1所述的一种数字视频信号的光传输适配设备，其特征在于所述的多路光复接单元，nB1H反向复用器、帧定位模块和数字交叉矩阵是集成制作在一可编程门阵列器件(FPGA)中；所述的多路光反向复接单元，nB1H反向复用器、帧提取模块和缓冲模块是集成制作在一可编程门阵列器件(FPGA)中。
6.根据权利要求1所述的一种数字视频信号的光传输适配设备，其特征在于所述压缩编码单元与多路光复接单元间采用背板连接；所述解压缩解码单元与多路光反向复接单元间采用背板连接。
专利摘要本实用新型涉及一种数字视频信号的光传输适配设备，包括由视频压缩编码单元、多路光复接单元和电/光转换单元组成的发送装置，和由光/电转换单元、多路光反向复接单元和视频解压缩解码单元组成的接收装置。多路光复接单元包括nB1H反向复用器、帧(F码)定位模块和数字交叉矩阵，多路光反向复接单元包括nB1H反向复用器、帧(F码)提取模块和缓冲模块。通过自定义帧结构，利用三个具有固定相位关系的信号V SYNC、V CLOCK和V DATAx，在发送侧控制视频压缩数据到交叉矩阵的适配，和将交叉连接的矩阵信号输出给复用器，进行1路H码与n路B码的复接，将数字视频信号直接复接到光纤中，接收侧则为其反过程。具有成本低，带宽利用率高的特点。
文档编号H04B10/12GK2523120SQ0220058
公开日2002年11月27日 申请日期2002年1月15日 优先权日2002年1月15日
发明者申健, 姚志宏, 李倚剑 申请人:北京蛙视通信技术有限责任公司