数字视频信号同步技术

第 卷第 期 年 月 惠州学院学报 然科学版 。朋 滋月 冤 以 基于 信号格式的数字视频 信号同步技术 郑建霞 惠州学院电子信息系 , 广东 惠州 印 摘 要 本文阐述 了如何采用 信号格式 , 利 用 和 标志形成视频数字同 步信号 , 在节约大量数字空间的 同时有效地 实现数字系统的 同步 。 文 中还 说明了如何利用 网络中的“ 等级制主从同步法 ”解决 电视信号在网络传输 中 的 同步问题 关键词 数字信号 同步信号 串行数字接 口 有效视频起始标志 有效视频结束标志 中图分类号 文献标识码 文章编号 一 一 一 引言 电视走 向数字化 、 网络化 、 信息化要求计算机与电视相融合 , 也意味着信号方式由模拟 转向数字 、 从数字转向网络 。 这样 , 视频信号的一个基本组成 —同步信号也将发生深刻的变化 , 数字电视的同步系统也将产生革命性的变化 。 数字同步信号 我们知道 , 在模拟环境中 , 同步信号已被严格规范 , 它确实能控制好定时 , 这对视频系 统非常重要 。 但我们都有这样的体会 , 在或调整一个模拟系统时 , 由于系统内的同步信 号往往以纳秒级计量 , 且种类繁多 , 要求严格 , 使得同步系统的设计与调试复杂而烦琐 。 于 是我们希望从模拟进人数字环境时 , 同步问题能得到改善 。 当信号转为数字信号时 , 模拟波形变为 、 码 , 这样可以借鉴数据通信的方法 。 例如 在误码检测方面 , 可以考虑数字 电视信号中也加人 码等等 在 同步方面 , 可 以采用数 据通信中的位元同步 、 群 同步 、 网同步等同步方式 。 收稿日期 一 一 作者简介 郑建霞 一 , 女 , 陕西西安人 , 惠州学院电子系讲师 · 郑建霞 基于 信号格式的数字视频信号同步技术 《洲 年 串行数字接 口 是现阶段的通用数字接 口 , 在很大程度上 已经取代 了模拟视频接 口 。 因为它是无压缩格式 , 既无损耗 , 也很少需要维护 。 接 口 内传输码流为 的 格式串行数字分量信号 。 格式分别在 、 取样时钟折衷为 比 , 其 中 为 撇 , 一 、 一 上取样和量化 , 进行 刀 转换 , 一 、 一 都为 盗 量化 比特为 。 格式的并行输 出码流为 。 当并行转为串行输 出时 , 移位寄存器的时钟频率是 刀 时钟频率的 倍 , , 格式 的串行输出码流则为 。 格式的串行 输出被命名为串行数字分量 。 信号包括三种信号 视频信号 、 定时基准信号 、 辅助信号 。 格式对定时基准信号处理 中 , 考虑到每一行都存在 的行 同步信号 , 不管在活动图 像或测试信号 中都是冗余部分 , 所 以没必要每次取样和量化 , 可仅以 ‘ , 一 ” 这 个码 字来示有效扫描开始 , 称之为 “ 有效视频起始标志 ” 。 , 简为 “ ’ 。 同样 , 用第 “ 一 ” 这 个码字来表示有效扫描结束 , 称之为 “ 有效视频结束标志 ” , 简为 “ , , , “ , , 与 “ , , 将起到同步信号的作用 。 “ , , 与 “ , 作为 格式信号的定时基准信号 , 各种数字设备 , 如 可方便地利用 “ 丫 , 与 “ ” 同步数字视频信号 。 由于其只 占 个取样字 , 将腾 出很大空 间放置其它辅助数据 。 这么做有一个更大好处 , 可将原应用于 同步 的约 的取样点增加用于信号电平上 。 也就 是说原应该用约 以例〕个取样点取峰峰 , 现可全用在 一 的信号 电平上 , 既加大了 取样密度 , 又提高了取样精度 。 但也因为在消隐期加人 了辅助数据 , 而有些设备在信号的转 换过程中 , 是要去掉消隐信号的 , 所 以有可能造成信号的损失 , 应予注意 。 每个定时基准信 号由 个字的序列组成 , 格式如下 〕〕 〕 、忆 数值以 进制表示 , 洲〕留供定 时基准信号用 。 头 个字是 固定前缀 , 第 个字包含定义第二场标识 、 场消隐状态和行消 隐状态的信息 。 定时基准信号 内的比特分配列于表 。 表 定时基准信号内的比特分配 数 据 第一字 第二字 第三字 第四字 比特号 侧刃 田 玛咫用 注 示出的数值是为 比特接 口 的值 注 为了与 已有的 比特接 口 兼容 , 和 功 比特的值未作 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 日期图章 (蓝) Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 第 期 惠州学院学报 然科学版 各比特状态表 玛 段 印 门 两表中 , 表示第 场 , 表示其它场 场消隐时 , 二 月 表示有效频开 始处 有效视频结束处 , 印 , , 咫 , 为保护比特 表示最高有效比 特表 规定 了 和 比特 的状态 。 印 , , , 比特的状态决定于 , 比特的状 , 见表 。 在接收机中 , 这种安排容许纠正 比特误码和检出 比特误码 。 这也代表了一种设计思 想 , 同步与纠错都是为了信号的高质量传输 , 同步兼顾纠错 , 纠错也必反应同步 。 通过以上分析 , 我们是不是可 以这 么说 , 串行数字接并不是一个真正 的数字接 口 。 因为它是模拟信号经 刀 转换得来 的 , 所有的水平和垂直频率及消隐期依 旧存在 , 且定时 是模拟的 。 它算是使用数字来传输有效行波形的受高度限制的模拟接 口 , 是数模兼容时代的 一种选择 , 它的同步必然与模拟信号有很多联系 。 数字系统的同步 现阶段模数两种环境下的系统外同步都为模拟 信号 , 做到了两者的兼容 。 由数字信 号的形成可知 , 数字处理过程 中 , 时钟是同步的关键 。 在数字设备内 , 信号的处理是进 人时钟发生器 , 产生各种基准时钟 , “ , 与 “ 丫 , 也 以此时钟为基准 , 提供正确顺序 。 比如 , 在录像机内 , 输人的 信号 , 进行 串 并转换后 , 在解码器部进行抽 出 视频信 号 、 、 的检测 , 然后在 , 部使输人的信号与基准时钟同步 。 这个 依靠 、 对输人信号进行延时同步 。 在模拟系统中 , 视频信号必须同时 、、 同步 , 每个系统被精确地锁定 。 在现有数字系统内 信号 , 放松了对于精确定时的要求 , 只需要达到毫秒 , 数行或数帧的数量级 , 而不必 要达到纳秒 的数量级 。 系统定时变得没那么麻烦 , 这是因为在数字处理过程 中 , 首先 在信号传输时 , 依靠串行再生时钟技术 将具有 或 电路振荡器的锁相环 电路 利用基准时钟再生串行时钟频率产生输 出 , 能够在一系列 串行再生 的过程 中消除所有的抖 动 , 直到崩溃点的出现 。 另外一方面 , 由于存在寄存器和其它 存储数据 , 故时延可能 会很大 , 典型的时间差为行 、 场或帧 , 而在切换和矩阵等数字设备 中能提供 自动计时 、 同 时 、 同步 。 也可这么说 , 具有数字形式输人和输出的器件内部往往具备 自动输人定时补偿功 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 · · 郑建霞 基于 信号格式的数字视频信号同步技术 年 能 。 对于数字系统来说 , 自动定时调整是一个关键 问题 。 不过 由于它所涉及 的数字频率很 高 , 目前对于串行数据流尚无法实现这种调整 。 由于数据率很高 , 必须变换回到并行格式信 号进行延迟 , 因此 , 自动输入定时 尚无法在所有的设备中得到应用 。 对于数据 , 我们不能超 前 , 只能延时它们 。 为了满足这些新的定时要求 , 需要各种类型的可调延时器件 。 但这样 , 就有可能导致与伴音定时和时间码通过系统有关的一些麻烦的问题 。 伴音和视频信号通过不 同的通路进行处理时 , 可能出现不 同的伴音对视频的延时 。 重要的一点 , 当信号不能准确同 步 , 应在系统的某处增设时间缓冲器 , 用 以保证干净的切换 。 如果数据信号中携带嵌人的音 频信号 , 那未就可根据 比视觉更灵敏的听觉发现干扰声来判断设置时间缓冲器的场合 。 这方 法是非常有效的 。 法国的一款视 音频延时器 可实现 视频和双 音频延时 , 视频延时长达 , 音频延时长达 。 它实现 了视频定时微调 水平和垂直 音频 将被重新同步和取样 , 锁定在输人的 视频信号上 。 另在去年的 上 , 泰克推 出 , 它利用数字水印技术 自动检测视音频是否同步 , 并作出调节 。 网络的同步 现阶段 , 传输流是全球数字化 的标准 , 各种编码输出的流信号 , 须转换成 同一规格 的 格式 , 这就多增加一道编解码程序 , 而且 只支持两种 固定格式 的隔行扫描 图像 、 , 要求严格 。 未来是否仍用隔行扫描 , 以及现有的图像尺寸和宽高 比 , 还成 问题 。 可以预言 , 一种新的方式又在追寻当中 , 就好 比数字必将取代模拟一样 , 这种方式必 将取代 。 纵观现状 , 应用 已经成熟 , 更多的眼球关注的是现代化的网络 , 很多制播 网已投人应用 。 更为灵活的网络将取代 , 网络的同步也 比 的容易 , 灵活 。 作为计算机 网络 , 它不会关心 所要传送 的数据形式 , 不管是 流 , 还 是 流 , 流 , 视频格式对网络没有关 系 。 对实时要求的视频网络 , 关键前提是解决好 同步 。 现 行网络多为 网与以太 网相结合 。 实际 网络 中 , 有各种速率的信息 , 且在发射接收两方 , 由于分组交换 、 多路复用 、 纠错 、 处理 冲突等产生很大延时 。 视频网作为一个同步实时网络 系统 , 一般都规定有最大传送时间 , 固定的 、 非常小的延时及可 以保证恒定的传输速率 。 在 计算机网络 中 , 有一种网同步方法 , 称为等级制主从 同步法 。 其原理是 在整个网络设立一 个主站 , 它具有一个高稳定的主时钟源 , 主钟源产生 的时钟信号按树状逐级送往各从站 , 各 从站 的时钟频率直接或间接受到主时钟的控制 , 又通过各 自锁相环与主时钟保持一致 。 高一 级的时钟或传输线路出故障 , 则可选用低一级 的时钟替代 。 这个时钟信号也就是同步信号 , 相 当于传统意义上的 信号 。 但它 由于信息量小 , 不会 占用带宽 且这个信号是与数据一 起传送 的 。 因为在高数据流的环境 , 为 了同步 , 将在收发两端用到很多缓存器起延时作用 , 而这些 容量是有限的 , 如果数据不 同步 , 将很快使 以 填满而把数据溢出 , 所 以这个 信号设计为与数据一起传输 , 以避免 的崩溃 。 在接收端 , 比如解码器 , 数据流 中包含 了一个嵌人报头 , 它包含 了实时传送 的信息 , 其中一个参数为实际的数据频率 。 解码器有一 个频率合成器电路 , 将把实际的数据频率首先分离出来 , 然后与发端参考信号比较 , 抵消相 应的偏差 , 输出定时准确 的数据包 。 这样 , 通过一 个大的时基校正 系统 , 网络数据就能同 步 。 第 期 惠州学院学报 自然科学版 参 考 文 献 〔」鲁业频 , 刘守义 数字电视基础 【 二 北京 电子工业出版社 , 〔」〔美 朝 著 曹晨 , 杨作梅译 高清晰度数字电视原理及应用 【 〕北京 电子工业出 版社 , 以 【 〕桑林 , 郝建军 , 刘丹谱 数字通信 〔 〕北京 北京邮电大学出版社 〔了李篙 , 朱建芳 多媒体实时通信中同步和差错控制技术实现 〔了 电视技术 , 《 , 一 【 」孙雪飞 , 周祖成 高清晰度数字电视传输信系统设计与实现 【 〕电子技术应用 , , 一 戏 议 册 曰 一 块 ” , , 山 , 巧 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