一种高清视频光传输系统及传输方法与流程

1.本发明涉及光电通信技术，具体是一种高清视频光传输系统及传输方法。


背景技术：

2.随着高清视频使用也越来越广泛,高清视频传输给现有的通信线路带来了极大的挑战由于高清视频信号数据带宽大、对时钟要求高,传统的视频传输系统的方案已不适用于高清视频信号。
3.现在常用的高清视颊传输方案都将高清视颊图像压缩然后通过网络。通过此种方法传输的图像质量较差,不太适合要求较高的场合。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种高清视频光传输系统及传输方法。这种方法成本低，能满足高清视频信号远距离、高质量传输。
5.实现本发明目的的技术方案是：一种高清视频光传输系统，包括光发射端和光接收端：光发射端包括：视频接收、图像数据编码、视频存储和电光转换，所述视频接收负责将外部输入的各种格式的高清视频信号转换到并行数字信号，图像数据传输编码将输入的图像数据封装为标准的帧格式；视频存储将图像数据存储在高速缓存芯片中，电光转换利用fpga对并行数字信号进行串行化,并利用电光转换模块完成高速电信号到光信号转换；光接收端包括：光电转换、视频存储和视频解码，所述光电转换利用光电转换模块完成高速光信号到电信号的转换,并利用fpca实现串行数据到并行数据的转换，视频存储将图像数据存储在高数缓存芯片中，视频解码将图像数据转换为光发射端一致的高清视频信号。
6.所述高清视频信号在进入视频接收前先转换为图像数据,然后将此图像数据首先根据行标记和场标记以一副图像为单位存储到高速缓存芯片的对应空间中。
7.所述光发射端为每幅图像分配了一个存储单元，同时光发射端以行为单位将缓存在高速存储芯片中的图像数据读出，每幅图像数据存储完成后，下一幅图像将存储在根据缓存方案确定新的存储位置。
8.所述光发射端将每行图像数据封装为数据包格式，此数据包格式包括图像的长度、类型、分辨率、行编号、以及数据校验信息。
9.所述光接收端从光发射端定义的数据包中完成对数据包的起始定位、数据包解析，并提取数据包中视频格式信息和图像数据。
10.光接收端将接收到的每行数据缓存在高速缓存芯片中，同时根据图像的编号实时更新其存储位置，以保证图像数据不错乱。
11.一种高清视频光传输方法，包括上述高清视频光传输系统，所述方法包括如下步
骤：1）发送端：1.1）图像信号解码：将各种类型的图像信号在传输前转换为并行数字信号，并行数字信号包括像素时钟、行场同步以及24位rgb像素数据；1.2）图像分析：各种类型的图像信号在转换为并行数字信号后首先需要判段图像的分辨率，具体过程为：利用像素时钟计算场同步信号的周期，判读图像的刷新率；计算在一个场同步信号周期内的行同步信号，得到一幅图像的总行数；计算一个行同步信号的点数，得到每幅图像一行共有的总像素；计算每秒钟的行同步脉冲，得到行同步信号的频率；计算出以上信息后与vesa标准中的相关参数，即行计数值、行周期、场计数值、场周期进行对比就可以判断出图像的分辨率和刷新率相关信息；1.3）图像数据存储以及读取：图像数据在传输前先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定；对于高速缓存芯片的存储空间首先进行合理划分：1.3.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐的原则分配每幅图像的存储空间；1.3.2）在存储时首先根据场同步信号确定每幅图像的起始，同时将场地址、行地址、像素地址清零，保证每幅图像地址空间对齐，然后根据行同步信号存储每行图像数据，每存储一行，场地址增加1，当一幅图像存储完后页地址增加1；1.3.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，每行读取最大分辨率宽度的数据；1.4）图像数据封装：将每行图像数据从高速缓存芯片中读取出后封装为数据包格式；1.5）数据传输：图像数据封装好后首先对待传输数据做8b/10b编码、并串转换后生成一个高速串行信号，然后由一个电光转模块完成光传输；2）接收端：2.1）图像信息/数据提取：从数据包中提取图像信息和图像数据，在高速并行数据流中寻找同步头，定位一个数据包的起始，同时为了避免找到伪同步头，需要实时监测接收的数据包，当数据包的起始与结束没有配对时需要重新寻找同步头，当接收到一个完成的数据包后，首先从数据包头中提取出图像信息，主要是图像的分辨率信息，然后从数据包的数据区域提取出每一行的图像数据；2.2）图像数据存储以及读取：将收到的图像数据先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定，对于高速缓存芯片的存储空间划分如下：2.2.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐，为每幅图像分配存储点，为每幅图像分配地址空间；2.2.2）当接收到一行图像数据后，先根据场编号确定存储地址的页地址，然后根据行编号确定存储地址的行地址，最后按照顺序将每个像素点存储在对应的地址上；2.2.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，同时根据分辨率信息，在图像时序的控制下，从存储器中读取一行图像数据并缓存到高速缓
存芯片中；2.3）图像时序控制：根据图像的分辨率信息产生相应的输出时序，根据此时序信号控制图像数据的输出。
12.本技术方案发送端将高清视频信号通过解码器转换为图像数据,利用行场同步信号分辨出每张图像起始的起始,并计算出图像的分辨率，然后将每幅图像的数据存放在高速缓存芯片中，然后将每幅图像封装为所定义的帧格式,并在帧头加入编号、数据包长度等信息，数据发送单元将接收到的封装好的数据包进行编码、并串转换,然后通过fpga的gtx发送到接收端；在接收端首先将从gt接收到的数据完成串并转换、解码,并恢复出封装好的视频数据帧,然后产生标准的图像输出时序,包括各种同步信号，再由视编码芯片实现高清视频信号的发送。
13.这种方法成本低，能满足高清视频信号远距离、高质量传输。
附图说明
14.图1为实施例的系统总框图；图2为实施例的系统框图。
具体实施方式
15.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不是对本发明的限定。
16.实施例：参照图1、图2，一种高清视频光传输系统，包括光发射端和光接收端：光发射端包括：视频接收、图像数据编码、视频存储和电光转换，所述视频接收负责将外部输入的各种格式的高清视频信号转换到并行数字信号，图像数据传输编码将输入的图像数据封装为标准的帧格式；视频存储将图像数据存储在高速缓存芯片中，电光转换利用fpga对并行数字信号进行串行化,并利用电光转换模块完成高速电信号到光信号转换；光接收端包括：光电转换、视频存储和视频解码，所述光电转换利用光电转换模块完成高速光信号到电信号的转换,并利用fpca实现串行数据到并行数据的转换，视频存储将图像数据存储在高数缓存芯片中，视频解码将图像数据转换为光发射端一致的高清视频信号。
17.所述视频信号在进入视频接收前先转换为图像数据,然后将此图像数据首先根据行标记和场标记以一副图像为单位存储到高速缓存芯片的对应空间中。
18.所述光发射端为每幅图像分配了一个存储单元，同时光发射端以行为单位将缓存在高速缓存芯片中的图像数据读出，每幅图像数据存储完成后，下一幅图像将存储在根据缓存方案确定新的存储位置。
19.所述光发射端将每行图像数据封装为数据包格式，此数据包格式包括图像的长度、类型、分辨率、行编号、以及数据校验信息。
20.所述光接收端从光发射端定义的数据包中完成对数据包的起始定位、数据包解
析，并提取数据包中视频格式信息和图像数据。
21.光接收端将接收到的每行数据缓存在高速缓存芯片中，同时根据图像的编号实时更新其存储位置，保证图像数据不错乱。
22.本例高速缓存芯片为ddr2存储器。
23.一种高清视频光传输方法，包括上述高清视频光传输系统，所述方法包括如下步骤：1）发送端：将高清视频信号转换为24位并行数据以及相关的同步信息；解析出输入视频信号的分辨率信息；完成图像数据的存储、读取；根据数据包格式完成图像数据的封装以及传输；1.1）图像信号解码：现在常用的图像信号格式有vga、dvi和hdmi，将各种类型的图像信号在传输前转换为并行数字信号，并行数字信号包括像素时钟、行场同步以及24位rgb像素数据；1.2）图像分析：各种类型的图像信号在转换为并行数字信号后首先需要判段图像的分辨率，具体过程为：利用像素时钟计算场同步信号的周期，判读图像的刷新率；计算在一个场同步信号周期内的行同步信号，得到一幅图像的总行数；计算一个行同步信号的点数，得到每幅图像一行共有的总像素；计算每秒钟的行同步脉冲，得到行同步信号的频率；计算出以上信息后与vesa标准中的相关参数，即行计数值、行周期、场计数值、场周期进行对比就可以判断出图像的分辨率和刷新率相关信息；1.3）图像数据存储以及读取：图像数据在传输前先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定；对于高速缓存芯片的存储空间首先进行合理划分：1.3.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐的原则分配每幅图像的存储空间，地址空间分配图如下：a27～a24a23～a13a12～a2a1～a0页地址空间场地址空间行地址空间像素，其中像素数据地址空间占2位，行地址空间占11位，场地址空间占11位，其余地址归页地址空间所有，页地址空间根据存储器容量而定，当容量为256mb时占4位；1.3.2）在存储时首先根据场同步信号确定每幅图像的起始，同时将场地址、行地址、像素地址清零，保证每幅图像地址空间对齐，然后根据行同步信号存储每行图像数据，每存储一行，场地址增加1，当一幅图像存储完后页地址增加1；1.3.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，每行读取最大分辨率宽度的数据；1.4）图像数据封装：将每行图像数据从高速缓存芯片中读取出后封装为数据包格式，如下所示：2字节1字节1字节2字节2字节1920字节2字节同步头场编号行编号包长度图像信息图像数据包尾；1.5）数据传输：图像数据封装好后首先对待传输数据做8b/10b编码、并串转换后
生成一个高速串行信号，然后由一个电光转模块完成光传输；2）接收端：2.1）图像信息/数据提取：从数据包中提取图像信息和图像数据，在高速并行数据流中寻找同步头，定位一个数据包的起始，同时为了避免找到伪同步头，需要实时监测接收的数据包，当数据包的起始与结束没有配对时需要重新寻找同步头，当接收到一个完成的数据包后，首先从数据包头中提取出图像信息，主要是图像的分辨率信息，然后从数据包的数据区域提取出每一行的图像数据；2.2）图像数据存储以及读取：将收到的图像数据先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定，对于高速缓存芯片的存储空间划分：2.2.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐，为每幅图像分配2048x2048个存储点，支持最大分辨率为2048x2048，为每幅图像分配地址空间2048x2048x4，总共16mb字节，地址空间分配图如下：a27～a24a23～a13a12～a2a1～a0页地址空间场地址空间行地址空间像素其中像素数据地址空间占2位，行地址空间占11位，场地址空间占11位，其余地址归页地址空间所有；2.2.2）当接收到一行图像数据后，先根据场编号确定存储地址的页地址，然后根据行编号确定存储地址的行地址，最后按照顺序将每个像素点存储在对应的地址上；2.2.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，同时根据分辨率信息，在图像时序的控制下，从存储器中读取一行图像数据并缓存到高速缓存芯片中；2.3）图像时序控制：根据图像的分辨率信息产生相应的输出时序，根据此时序信号控制图像数据的输出。

技术特征：
1.一种高清视频光传输系统，其特征在于，包括光发射端和光接收端：光发射端包括：视频接收、图像数据编码、视频存储和电光转换，所述视频接收负责将外部输入的各种格式的高清视频信号转换到并行数字信号，图像数据传输编码将输入的图像数据封装为标准的帧格式；视频存储将图像数据存储在高速缓存芯片中，电光转换利用fpga对并行数字信号进行串行化,并利用电光转换模块完成高速电信号到光信号转换；光接收端包括：光电转换、视频存储和视频解码，所述光电转换利用光电转换模块完成高速光信号到电信号的转换,并利用fpca实现串行数据到并行数据的转换，视频存储将图像数据存储在高速缓存芯片中，视频解码将图像数据转换为光发射端一致的高清视频信号。2.根据权利要求1所述的高清视频光传输系统，其特征在于，所述高清视频信号在进入视频接收前先转换为图像数据,然后将此图像数据首先根据行标记和场标记以一副图像为单位存储到高速缓存芯片的对应空间中。3.根据权利要求2所述的高清视频光传输系统，其特征在于，所述光发射端为每幅图像分配了一个存储单元，同时光发射端以行为单位将缓存在高速缓存芯片中的图像数据读出，每幅图像数据存储完成后，下一幅图像将存储在根据缓存方案确定新的存储位置。4.根据权利要求1所述的高清视频光传输系统，其特征在于，所述光发射端将每行图像数据封装为数据包格式，此数据包格式包括图像的长度、类型、分辨率、行编号、以及数据校验信息。5.根据权利要求4所述的高清视频光传输系统，其特征在于，所述光接收端从光发射端定义的数据包中完成对数据包的起始定位、数据包解析，并提取数据包中视频格式信息和图像数据。6.根据权利要求1所述的高清视频光传输系统，其特征在于，光接收端将接收到的每行数据缓存在高速缓存芯片中，同时根据图像的编号实时更新其存储位置，以保证图像数据不错乱。7.一种高清视频光传输方法，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的高清视频光传输系统，所述方法包括如下步骤：1）发送端：1.1）图像信号解码：将各种类型的图像信号在传输前转换为并行数字信号，此并行数字信号包括像素时钟、行场同步以及24位rgb像素数据；1.2）图像分析：各种类型的图像信号在转换为并行数字信号后首先需要判段图像的分辨率，具体过程为：利用像素时钟计算场同步信号的周期，判读图像的刷新率；计算在一个场同步信号周期内的行同步信号，得到一幅图像的总行数；计算一个行同步信号的点数，得到每幅图像一行共有的总像素；计算每秒钟的行同步脉冲，得到行同步信号的频率；计算出以上信息后与vesa标准中的相关参数，即行计数值、行周期、场计数值、场周期进行对比就可以判断出图像的分辨率和刷新率相关信息；1.3）图像数据存储以及读取：图像数据在传输前先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定；对于高速缓存芯片的存储空间首先进行合理划分：
1.3.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐的原则分配每幅图像的存储空间；1.3.2）在存储时首先根据场同步信号确定每幅图像的起始，同时将场地址、行地址、像素地址清零，保证每幅图像地址空间对齐，然后根据行同步信号存储每行图像数据，每存储一行，场地址增加1，当一幅图像存储完后页地址增加1；1.3.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，每行读取最大分辨率宽度的数据；1.4）图像数据封装：将每行图像数据从高速缓存芯片中读取出后封装为数据包格式；1.5）数据传输：图像数据封装好后首先对待传输数据做8b/10b编码、并串转换后生成一个高速串行信号，然后由一个电光转模块完成光传输；2）接收端：2.1）图像信息/数据提取：从数据包中提取图像信息和图像数据，在高速并行数据流中寻找同步头，定位一个数据包的起始，同时为了避免找到伪同步头，需要实时监测接收的数据包，当数据包的起始与结束没有配对时需要重新寻找同步头，当接收到一个完成的数据包后，首先从数据包头中提取出图像信息，主要是图像的分辨率信息，然后从数据包的数据区域提取出每一行的图像数据；2.2）图像数据存储以及读取：将收到的图像数据先存储在高速缓存芯片中，每个像素点在高速缓存芯片中的存储位置相对固定，对于高速缓存芯片的存储空间划分如下：2.2.1）按照图像分辨率的最大宽度和最大行数以及保证每行图像和每幅图像的起始存储位置能够对齐，为每幅图像分配存储点，为每幅图像分配地址空间；2.2.2）当接收到一行图像数据后，先根据场编号确定存储地址的页地址，然后根据行编号确定存储地址的行地址，最后按照顺序将每个像素点存储在对应的地址上；2.2.3）数据读取前先确定页地址，读取的页地址为上一幅图像存储的页地址，同时根据分辨率信息，在图像时序的控制下，从存储器中读取一行图像数据并缓存到高速缓存芯片中；2.3）图像时序控制：根据图像的分辨率信息产生相应的输出时序，根据此时序信号控制图像数据的输出。

技术总结
本发明公开了一种高清视频光传输方法，包括如下步骤：1）发送端；2）接收端。这种方法成本低，能满足高清视频信号远距离、高质量传输。本发明还公开了一种一种高清视频光传输系统。发明还公开了一种一种高清视频光传输系统。发明还公开了一种一种高清视频光传输系统。


技术研发人员：熊先越 高进 何翠平 王绍雷 闫军
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十四研究所
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/3/8