浅谈非压缩数字视频传输系统的设计
国际上基于各种算法的数字视频传输标准已有很多，但压缩编码会对视频信息带来不同程度的损失，当压缩比高(数据传输速率低)时，图像失真严重，容易出现马赛克及块效应现象。在电视台内部等要求高清晰度的场合，这种失真是不允许的。因此，本文介绍了一种全数字、无压缩多路数字视频光纤传输系统，可实现2路视频和4路音频信号的同时传输，且容易实现，传输性能好，总体性价比高。采用时分复用技术及高速串/并转换单元对多路视频/音频/数据信号进行二次复接，在接收端实行相应的解复用以及串/并转换,实现多路低速数据信息与高速数字音视频信息的混合传输。
系统设计方案
一般情况下，每路视频信号采用12位量化，2路视频则需要24路的数字信号，而HDMP1032芯片最多可扩展为17路数据复/解复接传输，这还不包括4路音频转换为数字信号所占用的数据位，因而仅仅通过单个复/解复接芯片不能满足要求，必须采用多次复/解复接才能完成设计。在非压缩视频传输系统中，通常先把视频信号经编码、复接、电光变换之后，再经光纤传输到目的地，然后经光电转换、分接、解码等处理，还原成原始的视频信号。对于单路视频传输系统，复/解复接系统一般用通用的复/解复接芯片来实现，但如果系统要传输多路视频信号，现有的复/解复接芯片是不能独立完成的。采用二次复/解复接实现多路数字视频/音频/数据在一根电缆或光纤上传输的方案。
关键技术
本设计采用二次复用的方法传输2路视频信号、4路音频信号。二次复用的思想类似于脉冲编码调制。在发送端，多路模拟视频/音频信号经ADC转换为多路数字视频/音频信号，为了减轻复接单元的压力，首先将多路数字信号分别通过一个合路器进行一次复用，复用为1路或几路较高速并行数字信号，然后再将其送到复接单元G—Link进行二次复接，得到高速串行数字信号;在接收端，高速串行信号首先经过分接单元进行一次解复用，得到较高速多路并行数字信号，然后分别经分路器进行二次解复接恢复为多路数字视频/音频信号，再通过DAC转换为多路模拟信号。
二次复/解复接由HDMP1032/1034串行/解串行芯片来完成，所以主要设计的是信号的一次复/解复接部分。整个系统的同步主时钟由一个32.768MHz的晶振提供。由于4路音频信号最后合为1路串行信号进入HDMP1032/1034芯片组，所以4路音频复/解复接的时序是整个系统的关键。
音频信号一次复接的实现
作为扩展需要， TXA与一路外部扩展信号EX用16.384MHz时钟进行2：1的复接，最终得到速率为32.768Mbps的信号TXAE。这与视频信号的速率相等，保证了输入HDMP1032芯片的各数据流速率一致。在接收端，同样用音频一次复用时采用的时钟F1和F2将4路音频信号恢复出来。
视频信号的处理
首先，分别对视频和音频信号进行量化复接。两路视频经过A/D转换后，采用12位量化后输出24路数字信号，取样速率为16.384MHz，然后经过2：1的复接器。复接的具体做法是第一路A/D转换量化后的第一位A0与第二路A/D转换量化后的第一位B0复接为TX0，第一路A/D转换量化后的第二位A1与第二路A/D转换量化后的第二位B1复接为TX1，依此类推，24路视频信号复接为12路并行数据TX0、TX1、…、TX11进入HDMP1032。由于每路信号速率为16.384Mbps，故复接后信号速率为32.768Mbps。在接收端，HDMP1034仍然输出12路视频数字信号，然后通过两个反相时钟分别解出两路视频。
高速串/并转换的实现
设计中视频/音频信号的串行传输通过HDMP1032/4A芯片组完成。HDMP1032/4A芯片组可实现高速数据链路的点对点通信，在使用中，它可以看成传送数据和控制字的“虚拟带状电缆”接口。载入Tx发射芯片的并行位可以经过一个同轴电缆或是光纤链路串行信道到达Rx接收芯片，并在Rx恢复为最初的并行格式。这样，首先将4路音频与1路扩展信号分离，然后进行RXP[0-3]的解复接，最后恢复出了4路音频信号。
在发射端，HDMP1032内部的锁相环(PLL)和时钟发生器用来产生发射芯片工作所需要的全部内部时钟。通过所需的并行码率设置控制信号TXDIV1/0的选择，PLL锁住TXCLK输入的时钟，经CIMT编码后扩展为20位(16位码位+4位编码位)。锁相完成后，芯片开始接收并行码率在TXDIV1/0设定范围内的信号。又根据控制位的状态，决定信号类型、进行编码复接、串行输出。
在接收端，高速串行数据进入Rx后，片内的时钟——数据恢复电路(CDR)从输入数据提取时钟，恢复出数据。CDR电路锁住REFCLK的频率，与抽样后的输入信号相位对齐。恢复后的数据进入解复接电路，时钟发生器根据码流速率产生内部电路所需的所有时钟。此时串行数据解复接为并行数据，再进入译码器译码，然后输出并行码。
本设计具有简单、实用、可靠性高、成本低等特点，已经成功运用于传输多路音视频及数据信息的光端机设计中。视频传输质量达到广播电视水平;音频传输质量足以满足专业级的立体声传输要求。 |
