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1、10申请公布号CN104144331A43申请公布日20141112CN104144331A21申请号201410405803522申请日20140818H04N7/24201101H04N7/1020060171申请人中国航空无线电电子研究所地址200233上海市徐汇区桂平路432号72发明人王大伟于乐张堃李超然74专利代理机构上海和跃知识产权代理事务所普通合伙31239代理人杨慧54发明名称利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置57摘要本发明公开了一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，包含DDRSDRAM控制逻辑模块、视频/图像压缩编码模块、SDI速率模式。
2、选择模块、NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块、数据子帧生成控制逻辑模块、SDI编码模块，多路缓存在DDRSDRAM中的原始视频/图像数据会经过压缩编码器编码，SDI速率模式选择模块决定了SDI的传输速率及误码校验方式，数据子帧生成控制逻辑负责子帧数据的打包，之后经过SDI编码、并串转换等流程信号经过SERDES通道输出给SDI驱动器。本发明通过一种带子帧数据信息帧的数据子帧，实现多路的图像/视频编码数据传输，自动对多路图像/视频编号发送，并自动在接收端接收管理数据。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2。
3、页10申请公布号CN104144331ACN104144331A1/1页21一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，包含DDRSDRAM控制逻辑模块、视频/图像压缩编码模块、SDI速率模式选择模块、NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块、数据子帧生成控制逻辑模块、SDI编码模块，其特征在于所述DDRSDRAM控制逻辑模块用于实现对DDRSDRAM的逻辑控制，实现系统高速原始图像/视频数据的缓存；所述视频/图像压缩编码模块用于对DDRSDRAM中缓存的多路原始视频/图像数据进行压缩、编码；所述SDI速率模式选择模块用于根据对输入数据的解串后的时钟判断SDI的传输速率，并选择相。
4、应的误码校验方式，SDI采用NRZNRZI编码方式，HDSDI和3GSDI采用CRC编码方式；所述NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块根据SDI速率模式选择模块选择的误码校验方式进行NRZNRZI编码、CRC编码；所述数据子帧生成控制逻辑模块用于将多路视频的压缩编码数据拆分为多个固定长度的数据片，再加上子帧数据信息帧和校验码组成数据子帧，在不同的时间片上分发传输数据子帧；所述SDI编码模块根据SDI速率模式选择模块确定的传输速率以及数据子帧生成控制逻辑模块生成的子帧数据进行SDI编码。2根据权利要求1所述的一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，其特征在于所述子帧数据信息。
5、帧为32字节，包括一个2字节的子帧数据信息帧头，用于识别子帧数据信息帧；一个2字节的速率模式，用于标记当前通道工作速率；一个4字节的视频通路编号，用于识别编码数据属于不同的原始视频通道；一个4字节的格式信息，用于识别编码数据所采用的压缩编码方式；一个4字节的子帧序号，用于识别子帧数据帧的序列号；一个4字节的首尾帧标记，用于识别一个压缩编码数据包的起始子帧数据和结尾子帧数据；一个4字节的码流大小信息，用于识别压缩编码数据包至当前帧为止所传输的数据包大小；最后4字节为保留字节，以备将来所用。3根据权利要求1所述的一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，其特征在于所述数据子帧生成控。
6、制逻辑模块采用时分复用方式传输数据子帧，通过为每路压缩编码后的数据设置一个缓存区，并设置缓存区数据占用状态标志位，数据子帧生成控制逻辑在各个缓存区状态标志位间轮询，当查询到当前缓存区的数据可以满足一次性读出并组成一个完整数据子帧时立即读出，否则，转到下一个缓存区状态标志位的查询。权利要求书CN104144331A1/4页3利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置技术领域0001本发明涉及图像处理系统的一部分，特别涉及一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置。背景技术0002随着电子技术的进步及高清显示的需求，图像/视频的数据量越来越大，即使经过压缩编码，数据量仍然惊。
7、人，使得高清图像/视频的海量数据传输成为图像处理系统中亟待解决的瓶颈之一。在很多应用场合中，压缩编码数据不能在本地系统存储，需要传输到一定距离之外的系统处理或存储，而且要求实时性高、可靠性好、误码率低。这种情况下，工程师不得不舍弃PCIE，SATA，RAPIDI/O等高速率、高可靠性、但传输距离02米的内总线，转而寻找可替代的远距离通信传输总线。0003在航空电子系统中现有的远距离通信传输协议总线主要有1394总线、FC总线、GIGABETHERNET。1394总线成熟度高，常用的最高传输速率为800MBPS，从使用来分析，1394总线在数据传输时要增加许多协议附加信息，考虑总线运行负荷和应用。
8、软件执行效率，实际只能传输30的数据量，即240MBPS的数据量。FC总线技术成熟度高，目前在使用的最高传输速率达到2GBPS，但FC总线协议复杂，设计成本高，且在使用过程中质量成本比较高。GIGABETHERNET最高传输率达到1GBPS，理论上满足使用要求，但是由于协议有附加信息开销，考虑总线运行负载，只能传输6080的数据量，即600MBPS800MBPS。0004SDISERIALDIGITALINPUT，串行数字接口是ITURBT656委员会及SMPTE动图像和电视工程师协会共同推出的视频数据串行链路传输标准，通过75欧姆同轴电缆来传输未经压缩的数字视频。经过十几年的发展，SDI现在。
9、已经有SMPTE259MSDSDI，270MBPS、SMPTE259MHDSDI，1485GBPS、SMPTE424M3GSDI，297GBPS等标准。目前，SDI接口采用BNC接口进行视频线输出或者直接使用光纤接口传输数据。发明内容0005为了解决图像处理系统中大分辨率静态图像无损压缩编码后的海量数据需要长距离实时传输的问题，而现有的1394总线、FC总线、GIGABETHERNET等数据传输总线在数据吞吐量、协议复杂度、设计成本上存在种种不足之处，本发明的发明目的在于提供一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，通过一种带子帧数据信息帧的数据子帧，实现多路的图像/视频编码数。
10、据传输，自动对多路图像/视频编号发送，并自动在接收端接收管理数据。0006本发明的发明目的通过以下技术方案实现0007一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置，包含DDRSDRAM控制逻辑模块、视频/图像压缩编码模块、SDI速率模式选择模块、NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块、数据子帧生成控制逻辑模块、SDI编码模块0008所述DDRSDRAM控制逻辑模块用于实现对DDRSDRAM的逻辑控制，实现系统高速说明书CN104144331A2/4页4原始图像/视频数据的缓存；0009所述视频/图像压缩编码模块用于对DDRSDRAM中缓存的多路原始视频/图像数据进行压缩、编码；0。
11、010所述SDI速率模式选择模块用于根据对输入数据的解串后的时钟判断SDI的传输速率，并选择相应的误码校验方式，SDI采用NRZNRZI编码方式，HDSDI和3GSDI采用CRC编码方式；0011所述NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块根据SDI速率模式选择模块选择的误码校验方式进行NRZNRZI编码、CRC编码；0012所述数据子帧生成控制逻辑模块用于将多路视频的压缩编码数据拆分为多个固定长度的数据片，再加上子帧数据信息帧和校验码组成数据子帧，在不同的时间片上分发传输数据子帧；0013所述SDI编码模块根据SDI速率模式选择模块确定的传输速率以及数据子帧生成控制逻辑模块生成的数据子帧进行。
12、SDI编码。0014优选地，所述子帧数据信息帧为32字节，包括0015一个2字节的子帧数据信息帧头，用于识别子帧数据信息帧；0016一个2字节的速率模式，用于标记当前通道工作速率；0017一个4字节的视频通路编号，用于识别编码数据属于不同的原始视频通道；0018一个4字节的格式信息，用于识别编码数据所采用的压缩编码方式；0019一个4字节的子帧序号，用于识别子帧数据帧的序列号；0020一个4字节的首尾帧标记，用于识别一个压缩编码数据包的起始子帧数据和结尾子帧数据；0021一个4字节的码流大小信息，用于识别压缩编码数据包至当前帧为止所传输的数据包大小；0022最后4字节为保留字节，以备将来所用。。
13、0023优选地，所述数据子帧生成控制逻辑模块采用时分复用方式传输数据子帧，通过为每路压缩编码后的数据设置一个缓存区，并设置缓存区数据占用状态标志位，数据子帧生成控制逻辑模块在各个缓存区状态标志位间轮询，当查询到当前缓存区的数据可以满足一次性读出并组成一个完整子帧数据时立即读出，否则，转到下一个缓存区状态标志位的查询。0024本发明能通过一根75欧姆的同轴电缆进行多路图像/视频编码数据传输，同时可以支持3种主流SDI传输速率SDSDI270MBPS，HDSDI1485GBPS以及3GSDI297GBPS，实现3速率SDI通道的发送和接收，具备发送端动态选择速率和接收端自动识别速率的能力。本发明适。
14、用于航空航天、安防监控等领域需要对压缩数据进行远距离高速传输的场合，其链路层和物理层的实现都较为简单，未来还可以向传输速率更高的UHDSDI6GBPS或SHDSDI12GBPS方向扩展，随着光传输设备的出现，更远距离的传输可以使用光纤实现，并可以用于其他非图像/视频编码数据的高速海量数据传输，具有广阔的市场前景和显著的经济效益。0025本发明主要能实现如下目的00261独立于图像/视频编码数据，即其只区分图像/视频编码数据的通道序号，独说明书CN104144331A3/4页5立于图像/视频编码数据所采用的编码标准。00272实现飞机对航空电子系统减重的要求，降低布线复杂度，提高可靠性。0028。
15、3具有一定的误码校验能力，使得系统的误码率处于较低的水平。00294具有一定的速率动态选择能力，针对不同的系统要求工作于相应的速率模式。附图说明0030图1为本发明一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置的硬件结构示意图；0031图2为本发明一种利用单SDI通道实现多路图像/视频编码数据传输的装置的软件结构示意图；0032图3为本发明中子帧数据及子帧数据信息帧结构示意图；0033图4为本发明中数据子帧生成控制逻辑模块时分复用传输模式流程图。具体实施方式0034下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。0035本发明的设计主要由FPGA实现，外围电路有相关的SDI均衡驱动器件，具有。
16、设计灵活、性能稳定、成本低廉等特点，其主要由原始视频输入接口、自适应驱动器LMH0302、SDI均衡器LMH0344、带内嵌SERDES模块的XILINX的XC7K410T型号FPGA和外围配置电路组成，如图1所示。0036LMH0302支持SDSDI，HDSDI，3GSDI的自适应电缆驱动。它能够实现以多种速率模式向75欧姆同轴电缆发送数据。LMH0302可以工作在125MBPS297GBPS这样一个宽速率范围，并且支持SMPTE259M，SMPTE292M，SMPTE344M和SMPTE424M等多个标准。可以选择输出符合传输速率、电压摆幅、电压转换速率等要求的SDI信号。LMH0344是。
17、SDI均衡器，它支持的标准和性能与LMH0302相同，能根据电缆长度和信号类型自适应地优化输入信号的摆幅。0037FPGA实现数据的编码、解码、压缩、管理、发送。发送端电路能够动态选择发送频率，其功能模块包含DDRSDRAM控制逻辑模块、视频/图像压缩编码模块、SDI速率模式选择模块、NRZI编码插入模块、CRC编码插入模块、数据子帧生成控制逻辑模块、SDI编码模块、并串转换等。如图2所示，进入FPGA内部的多路原始视频/图像数据会经过DDRSDRAM控制器送入DDRSDRAM缓存，视频/图像压缩编码模块在工作过程中会调用DDRSDRAM中的数据压缩编码。0038SDI速率模式选择模块通过对输。
18、入数据的解串后的时钟判断SDI的传输速率决定了SDI的传输速率及误码校验方式SDI采用NRZNRZI编码方式，HDSDI和3GSDI采用CRC编码方式。0039数据子帧生成控制逻辑负责子帧数据的打包，以及与子帧数据信息帧的封装，压缩编码后的数据一般以8BIT为单位存储传输，而SDI的前端并行数据位宽为10BITSD270MHZ或20BIT1485GHZ，297GHZ进行传输，所以必然会有两个BIT位是无效数据位。之后经过SDI编码，并串转换等流程信号经过FPGA自带的SERDES通道输出给SDI驱动器。说明书CN104144331A4/4页60040数据子帧是SDI链路上传输的固定长度的数据帧。
19、。其目的是为了将多路视频的压缩编码数据高效拆分，并利于接收端接收后重新复原编码数据。其原理为将大的数据拆分为小的数据片，并进行重新封装编号，将多路数据在不同的时间片上分发传输。0041本发明采用我们定义为子帧数据信息帧的帧头标记出每个数据子帧的相关信息，如图3所示。数据子帧的大小由所采用的SDI传输速率模式决定SDSDI每个子帧大小为72032BYTES，HDSDI每个子帧大小为108032BYTES，3GSDI每个子帧大小为192032BYTES，帧尺寸也可定义为其他大小，图像/视频编码数据帧与子帧数据信息帧的传输采用时分复用的方式，将子帧数据信息帧作为附属数据与图像/视频编码数据合为一组数。
20、据传输。0042子帧数据信息帧的数据量很小，共32个字节每字节10BIT，只用其中低位8BIT，但信息量却很丰富，包括一个2字节的子帧数据信息帧头0X0FF05A，用于识别子帧数据信息帧；一个2字节的速率模式，用于标记当前通道工作速率；一个4字节的视频通路编号，用于识别编码数据属于不同的原始视频通道；一个4字节的格式信息，用于识别编码数据所采用的压缩编码方式；一个4字节的子帧序号，用于识别子帧数据帧的序列号；一个4字节的首尾帧标记，用于识别一个压缩编码数据包的起始子帧数据和结尾子帧数据；一个4字节的码流大小信息，用于识别压缩编码数据包至当前帧为止所传输的数据包大小。最后4字节为保留BYTES，。
21、以备将来所用默认填充为0X3FF。子帧数据信息帧的引入便于接收端的数据识别和解析。每帧结束标志之后的4字节为校验码，用于校验上一帧数据。当发送端无编码数据包发送时，子帧数据信息帧的28字节数据全填为0X000，即表示其后面的子帧数据为无效数据。这种子帧的划分方式使得数据的传输独立于图像/视频的编码方式之外，具有极大的灵活性。同时，子帧数据信息帧的嵌入使一根SDI电缆就可以传输图像/视频编码数据，不需要对原有的数据信息结构做大的改动，简化系统，提高了传输的安全性和可靠性。0043子帧数据的时分复用传输主要在数据子帧生成控制逻辑中实现。如图4所示，以4路原始视频数据为例，设置4路压缩编码后数据的缓存区，并设置缓存区数据占用状态标志位，控制逻辑的状态查询在4路压缩编码缓存区状态标致间轮询。当该路缓存区的数据可以满足一次性读出并组成一个完整数据子帧时立即读出。否则，转到下一路数据缓存区状态标志位的查询。若最后一个数据子帧不足L时，用EAV补齐。说明书CN104144331A1/2页7图1图2说明书附图CN104144331A2/2页8图3图4说明书附图CN104144331A。