專利名稱：一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全防范視頻監(jiān)控領(lǐng)域，特別是涉及一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置和方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，安防業(yè)界關(guān)于高清的談?wù)撋鯂虊m上，現(xiàn)如今，高清已經(jīng)不僅僅是趨勢，而是實實在在的來到了我們身邊。尤其是在平安城市、道路監(jiān)控等建設(shè)領(lǐng)域，使用高清監(jiān)控不僅可以看清更多細(xì)節(jié)，而且視野更廣闊，系統(tǒng)的使用成本也正在逐步降低。在一些具體場所應(yīng)用中，一個需要4個普通模擬攝像機(jī)監(jiān)控的場所，只需要安裝一個高清攝像機(jī)就能滿足該場所的整個監(jiān)控需要。隨著高清趨勢的來臨，越來越多的行業(yè)需要應(yīng)用到高清監(jiān)控。參見圖1，現(xiàn)有的高清前端監(jiān)控設(shè)備中采用的攝像機(jī)(圖中以日立D1-SC220為例)，多數(shù)都是輸出原始數(shù)字視頻流，依次通過連接電路、導(dǎo)電環(huán)、連接電路輸入至網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼模塊或串行數(shù)字視頻接口轉(zhuǎn)換模塊。而攝像機(jī)控制信息則是由網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼模塊或串行數(shù)字視頻接口轉(zhuǎn)換模塊依次通過連接電路、導(dǎo)電環(huán)、連接電路輸入至攝像機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼模塊或串行數(shù)字視頻接口轉(zhuǎn)換模塊中通過對高清數(shù)字視頻信號進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼或者數(shù)字視頻格式轉(zhuǎn)換，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)(IP)或者高清源碼流方式(HD-SDI)輸出。隨著安防需求的不斷增加，高清監(jiān)控前端在生產(chǎn)方面就暴露出一個問題，即如何對其輸出的數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗。對于定點(diǎn)的高清攝像機(jī)來說，由于結(jié)構(gòu)與電路簡單，因此電路方面來說，可靠性相對容易保證。而對于高清云臺攝像機(jī)來說，為了解決連續(xù)無間斷旋轉(zhuǎn)的同時，又能保證電信號的連通，通常采用導(dǎo)電環(huán)來滿足這一設(shè)計要求。導(dǎo)電環(huán)采用了接觸式電信號傳導(dǎo)的方式，達(dá)到了在保證電信號連通的同時，不阻礙機(jī)械運(yùn)動的目的。但這種結(jié)構(gòu)，由于電傳導(dǎo)方式的特殊性，也導(dǎo)致了對傳輸?shù)碾娦盘枙a(chǎn)生一定的阻礙和干擾。由于高清數(shù)字視頻信號頻率非常高，在通過導(dǎo)電環(huán)的過程中所帶來的干擾已經(jīng)不能完全忽略。另外，高清攝像機(jī)的數(shù)字視頻信號接口由于無法直接與導(dǎo)電環(huán)連接，因此通常還要經(jīng)過一個轉(zhuǎn)接電路。這一系列的電器連接，都會使得最終傳輸?shù)碾娦盘柕目煽啃越档?。在生產(chǎn)過程，需要將攝像機(jī)、轉(zhuǎn)接電路、導(dǎo)電環(huán)分別進(jìn)行連接，任何一個連接環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致視頻傳輸不穩(wěn)定。同時，即使所有連接可靠的情況下，也不能排除包括連接線、轉(zhuǎn)接電路以及導(dǎo)電環(huán)的質(zhì)量不存在任何問題。任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致產(chǎn)品運(yùn)行不穩(wěn)定。這就需要出廠檢驗來保證問題產(chǎn)品不會出廠，避免給生產(chǎn)廠家?guī)硇抛u(yù)和資金方面的損失。當(dāng)前出廠檢驗面對的問題是，沒有一種好的檢驗方法去確定經(jīng)過導(dǎo)電環(huán)后的數(shù)字視頻信號是否穩(wěn)定可靠。專業(yè)的分析檢驗設(shè)備，價格非常昂貴，而且使用難度大，需要專業(yè)技術(shù)人員才能完成，因此并不適于大批量生產(chǎn)檢驗。而傳統(tǒng)的僅僅依靠將整機(jī)安裝后，通過高清數(shù)字視頻輸出到顯示器上人工進(jìn)行觀察來檢驗，存在很多弊病:第一，檢驗效率低，而且容易導(dǎo)致檢驗員出現(xiàn)疲勞效應(yīng)，出現(xiàn)漏檢；第二，可靠性差，人眼很難發(fā)覺細(xì)微的圖像不穩(wěn)定，甚至很多問題無法用肉眼發(fā)現(xiàn)；第三，問題解決困難，即使發(fā)現(xiàn)了視頻傳輸不穩(wěn)定，無法確定問題出現(xiàn)在哪個環(huán)節(jié)，僅僅依靠更換配件來試，依然存在前面兩點(diǎn)中提到的風(fēng)險。一旦問題產(chǎn)品沒有被及時發(fā)現(xiàn)而出廠，在實際應(yīng)用于現(xiàn)場后，很容易暴露出視頻傳輸不穩(wěn)定的問題，由于很難定位產(chǎn)品的問題所在，多數(shù)情況下需要更換設(shè)備，大大增加了產(chǎn)品的維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足?？梢詸z驗經(jīng)過導(dǎo)電環(huán)后的數(shù)字視頻信號是否穩(wěn)定可靠。高清數(shù)字視頻信號，有著其固有的特點(diǎn)和很多標(biāo)準(zhǔn)，采用一些通用的可編程硬件(如CPLD或者FPGA等)去分析獲取這些信號，并實時進(jìn)行分析，就能夠非常準(zhǔn)確的確定其信號的穩(wěn)定性。而且能夠給出出現(xiàn)的問題所在，例如數(shù)據(jù)傳輸錯誤或者同步信號異常等等，設(shè)置能夠給出錯誤率等具體信息，能夠幫助檢驗人員快速定位問題所在，解決出現(xiàn)的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案，一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，包括:信號格式轉(zhuǎn)換模塊，用于接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號；同步信號檢測模塊，用于持續(xù)檢測所述的待檢測高清數(shù)字視頻信號中的同步信號，計算該同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間；外部通信模塊，用于檢測所述的同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間與所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)是否相符，確定該待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性，然后輸出檢測結(jié)果。所述的外部通信模塊還可用于將所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送給信號格式轉(zhuǎn)換模塊和同步信號檢測模塊。以便于信號格式轉(zhuǎn)換模塊和同步信號檢測模塊按照所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)對高清數(shù)字視頻信號進(jìn)行有針對性的處理。結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)問題，作為優(yōu)選，所述的外部輸入的高清數(shù)字視頻信號是高清數(shù)字視頻采集設(shè)備所輸出且經(jīng)過導(dǎo)電環(huán)傳輸后的高清數(shù)字視頻信號。所述的符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號中，至少包括時鐘信號、垂直同步信號和水平同步信號，即所述的同步信號包括垂直同步信號和水平同步信號，所述的同步信號檢測模塊針對垂直同步信號和水平同步信號分別檢測其高電平和低電平的持續(xù)時間來確定待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性。檢測時對垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間是分別進(jìn)行檢測的。所述的同步信號檢測模塊，利用所述的時鐘信號來計算垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間。作為優(yōu)選，所述的同步信號還包括場同步信號，連同垂直同步信號和水平同步信號共計三種同步信號，同樣的在檢測時分別檢測三種同步信號高電平和低電平持續(xù)時間，且分別檢測。所述的三種同步信號可以是外同步信號或內(nèi)嵌同步信號，相應(yīng)的所述的同步信號檢測模塊，既能夠檢測外同步信號，也能夠檢測內(nèi)嵌同步信號。所述的同步信號檢測模塊，檢測內(nèi)嵌同步信號的方式是，將內(nèi)嵌同步信號轉(zhuǎn)換為與外同步信號相同的格式特點(diǎn)，再采用與外同步信號相同的方法進(jìn)行檢測的。
所述的信號格式轉(zhuǎn)換模塊接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號時，所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)可能不止一種，因此一般會選用通用性較強(qiáng)的格式標(biāo)準(zhǔn)，作為優(yōu)選所述的信號格式轉(zhuǎn)換模塊對外部輸入的高清數(shù)字視頻信號的電信號標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)字視頻格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個符合γ/c格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測數(shù)字視頻信號。即所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)為γ/c格式標(biāo)準(zhǔn)。在Y/C格式標(biāo)準(zhǔn)的高清數(shù)字視頻信號中就包含了時鐘信號、場同步信號、水平同步信號和垂直同步信號。所述的外部通信模塊，是根據(jù)預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值與信號檢測模塊檢測的實際值進(jìn)行對比，實際檢測值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值不同時，輸出檢測結(jié)果，檢測結(jié)果輸出的形式并沒有嚴(yán)格限制，至少讓使用者得知實際檢測值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相符與否。本發(fā)明還提供了一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，包括如下步驟:(I)接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號；(2)持續(xù)檢測所述的待檢測高清數(shù)字視頻信號中的同步信號，計算該同步信號中聞電平和低電平持續(xù)時間；(3)檢測所述的同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間與所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)是否相符，確定該待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性，然后輸出檢測結(jié)果。本發(fā)明方法可以利用本發(fā)明的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置來實現(xiàn)。即通過所述的信號格式轉(zhuǎn)換模塊、同步信號檢測模塊和外部通信模塊分別實施步驟(I) 步驟(3)。步驟(I)中，所述的符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號中，至少包括時鐘信號、垂直同步信號和 水平同步信號，即所述的同步信號包括垂直同步信號和水平同步信號。后續(xù)檢測時針對垂直同步信號和水平同步信號分別檢測其高電平和低電平的持續(xù)時間來確定待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性。檢測時對垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間是分別進(jìn)行檢測的。步驟(2)中，作為優(yōu)選，利用所述的時鐘信號來計算垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間。作為優(yōu)選，所述的同步信號還包括場同步信號，連同垂直同步信號和水平同步信號共計三種同步信號，同樣的在檢測時分別檢測三種同步信號高電平和低電平持續(xù)時間，且分別檢測。所述的三種同步信號可以是外同步信號或內(nèi)嵌同步信號。檢測內(nèi)嵌同步信號的方式是，將內(nèi)嵌同步信號轉(zhuǎn)換為與外同步信號相同的格式特點(diǎn)，再采用與外同步信號相同的方法進(jìn)行檢測的。步驟(I)中，接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號時，所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)可能不止一種，因此一般會選用通用性較強(qiáng)的格式標(biāo)準(zhǔn)，作為優(yōu)選對外部輸入的高清數(shù)字視頻信號的電信號標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)字視頻格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個符合Y/C格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測數(shù)字視頻信號。即所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)為Y/C格式標(biāo)準(zhǔn)。在Y/C格式標(biāo)準(zhǔn)的高清數(shù)字視頻信號中就包含了時鐘信號、場同步信號、水平同步信號和垂直同步信號。步驟(3)中，是根據(jù)預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值與檢測的實際值進(jìn)行對比，實際檢測值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值不同時，輸出檢測結(jié)果，檢測結(jié)果輸出的形式并沒有嚴(yán)格限制，至少讓使用者得知實際檢測值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相符與否。本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明硬件及結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能夠大量應(yīng)用于生產(chǎn)線檢驗。2、本發(fā)明對數(shù)字視頻傳輸穩(wěn)定性的檢測快速，準(zhǔn)確，能夠發(fā)現(xiàn)非常細(xì)微的異常情況，并能夠幫助檢驗人員定位異常原因。3、本發(fā)明能夠自動化長時間進(jìn)行檢驗，避免了人工檢查可能產(chǎn)生疲勞效應(yīng)的問題，同時能夠減少檢驗投入的人力，降低人力成本。


圖1是本發(fā)明裝置的硬件原理框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中高清云臺攝像機(jī)的數(shù)字視頻輸出過程中需要經(jīng)過的電器連接點(diǎn)說明；圖3是本發(fā)明裝置與高清云臺攝像機(jī)的連接原理框圖；圖4是日立D1-SC220高清相機(jī)數(shù)字視頻垂直同步信號定義；圖5是日立D1-SC220高清相機(jī)數(shù)字視頻水平同步信號定義；圖6是本發(fā)明同步信號檢測模塊中對水平同步信號高電平持續(xù)時間的計數(shù)與鎖存電路原理圖；圖7是本發(fā)明同步信號檢測模塊中水平同步信號高電平持續(xù)時間檢測電路在水平同步信號上升沿工作狀態(tài)描述；圖8是本發(fā)明同步信號檢測模塊中水平同步信號高電平持續(xù)時間檢測電路在水平同步信號下降沿工作狀態(tài)描述；圖9是本發(fā)明外部通信模塊原理框圖；圖10是本發(fā)明將內(nèi)嵌同步碼轉(zhuǎn)換為同步信號的電路原理圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，包括:信號格式轉(zhuǎn)換模塊，用于接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號；同步信號檢測模塊，用于持續(xù)檢測待檢測高清數(shù)字視頻信號中的同步信號，計算該同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間；外部通信模塊，用于檢測同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間與預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)是否相符，確定該待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性，然后向外部控制設(shè)備輸出檢測結(jié)果。外部通信模塊還可用于將預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送給信號格式轉(zhuǎn)換模塊和同步信號檢測模塊。本實施例以檢驗亞安科技的高清高速球型云臺攝像機(jī)HDH5407為例，描述具體裝置和方法。云臺攝像機(jī)HDH5407內(nèi)部采用高速球型云臺伺服傳動系統(tǒng)，可選配多種高清攝像機(jī)，本實施例中以日立D1-SC220攝像機(jī)為例進(jìn)行介紹。攝像機(jī)連接接口包括高清數(shù)字和模擬視頻信號輸出，電源輸入以及控制信號接口，由于后續(xù)視頻信號需要輸出到網(wǎng)絡(luò)壓縮編碼模塊或者串行數(shù)字視頻接口(HD-SDI)轉(zhuǎn)換模塊，這兩種模塊(后簡稱數(shù)字視頻接收模塊)接收的都是數(shù)字視頻信號，因此攝像機(jī)的模擬高清輸出并未連接。如圖2所示，高清攝像機(jī)首先通過連接電路與導(dǎo)電環(huán)的一端相連，導(dǎo)電環(huán)的另一端通過連接電路與數(shù)字視頻接收模塊相連，實現(xiàn)高清數(shù)字視頻通過導(dǎo)電環(huán)傳輸。其中，連接電路主要負(fù)責(zé)不同類型電路接口之間的連接轉(zhuǎn)換。D1-SC220輸出的數(shù)字視頻為差分的串行數(shù)據(jù)信號，將原始的Y/C數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號和同步信號轉(zhuǎn)換為高速差分信號進(jìn)行輸出，雖然轉(zhuǎn)換為差分信號后抗干擾能力增強(qiáng)了，但是由于并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號(參見D1-SC220攝像機(jī)手冊)，導(dǎo)致頻率大幅上升，差分信號的最高頻率達(dá)到500MHz以上。由于從攝像機(jī)到數(shù)字視頻接收模塊，之間有多個連接電路接口以及導(dǎo)電環(huán)這種接觸式電傳導(dǎo)器件，顯然傳輸?shù)目煽啃源蟠蠼档?，最終到達(dá)數(shù)字視頻接收模塊的信號很可能因連接不良或器件質(zhì)量原因，導(dǎo)致信號受到干擾。而且在生產(chǎn)過程中，多數(shù)問題都是由這一部分連接電路所引起的，必須進(jìn)行嚴(yán)格檢驗。如圖3所示本發(fā)明檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置(后簡稱檢驗裝置)，應(yīng)直接替代數(shù)字視頻接收模塊，與前端一些列電路相連，從而檢驗包括攝像機(jī)在內(nèi)的一系列連接電路信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。檢驗裝置替代數(shù)字視頻接收模塊，接收攝像機(jī)通過轉(zhuǎn)接電路和導(dǎo)電環(huán)傳輸來的數(shù)字視頻信號，對視頻信號進(jìn)行分析，分析的結(jié)果需要進(jìn)行輸出，以便于檢驗人員了解設(shè)備的穩(wěn)定性情況。輸出的方式可以有多種，例如通過LED、LCD等輸出顯示，或者通過串口等通信接口，將信息發(fā)送到其它設(shè)備，如臺式電腦。如圖3所示，本實施例中采用通過RS-232接口來與臺式電腦進(jìn)行通信，臺式電腦可以用一個簡單的串口通信軟件，即可與檢測裝置進(jìn)行通信。由于攝像機(jī)采用日立D1-SC220，因此圖1中的信號格式轉(zhuǎn)換模塊，可以直接采用芯片THC63LVD104C，這款芯片也是日立D1-SC220相機(jī)手冊中推薦的差分信號接收轉(zhuǎn)換芯片。經(jīng)由THC63LVD84芯片后，輸出的就是最通用的Y/C數(shù)字視頻信號，圖1中同步信號檢測模塊和外部通信模塊可以合并設(shè)計到一顆FPGA中，F(xiàn)PGA可以采用Xilinx公司的XC3S50A。這種設(shè)計方案，由于信號格式轉(zhuǎn)換芯片THC63LVD84的工作模式是固定的，并不需要進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，因此，無需外部通信模塊對其發(fā)送配置信息，而某些特殊應(yīng)用中，例如將信號格式轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計到FPGA內(nèi) 部，或者改用能夠進(jìn)行動態(tài)配置來調(diào)整工作模式的芯片時，則需要將外部通信模塊與信號格式轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接，由外部通信模塊發(fā)送配置命令，根據(jù)外部要求對信號格式轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行配置調(diào)整。對攝像機(jī)傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行穩(wěn)定性檢測，最主要的工作是由同步信號檢測模塊負(fù)責(zé)完成的。同步信號檢測模塊負(fù)責(zé)對信號格式轉(zhuǎn)換模塊輸出的γ/c數(shù)字視頻信號的時鐘、場、水平和垂直同步信號進(jìn)行檢測，如果攝像機(jī)采用內(nèi)嵌同步模式，則同時能夠?qū)?nèi)嵌同步字進(jìn)行檢測，進(jìn)而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)線傳輸穩(wěn)定性進(jìn)行檢測。由于同步信號是視頻傳輸?shù)幕A(chǔ)，如果同步信號受到干擾，將導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)無法正常傳輸，因此確認(rèn)視頻同步信號的穩(wěn)定性是保證數(shù)字視頻信號傳輸?shù)年P(guān)鍵。將同步信號檢測模塊設(shè)計在FPGA中，使得設(shè)計有了很大的靈活性，能夠根據(jù)各類需求進(jìn)行動態(tài)的功能調(diào)整。同步信號檢測的原理是，基于數(shù)字視頻時鐘，采用計數(shù)器對同步信號的狀態(tài)進(jìn)行計數(shù)，確認(rèn)同步信號是否符合正常標(biāo)準(zhǔn)，從而確定傳輸?shù)姆€(wěn)定性。日立D1-SC220相機(jī)手冊中(見Inerface手冊第4節(jié)DSP output data)對其同步信號有著非常詳細(xì)的描述，同步信號就是以一種規(guī)律的高低電平變化，來讓接收端能夠根據(jù)這種規(guī)律的變化，確定有效數(shù)據(jù)的位置，從而能夠正確提取視頻有效數(shù)據(jù)。如圖4和圖5，為D1-SC220手冊中描述的1080P或720P方式輸出的垂直和水平同步信號時序關(guān)系圖。圖4 中:a為:VSYNC (垂直同步信號)b為:Field Pulse (場同步信號，本實施例中未使用)c為:HSYNC(水平同步信號)d 為:CLOCK (74.25MHz 數(shù)字視頻時鐘)e為:Yout [7-0]，Cout [7-0](數(shù)字視頻亮度和色度數(shù)據(jù))G、L為:垂直同步信號低電平保持時間H為:垂直同步彳目號聞電平保持時間M為:垂直同步信號周期時間圖5 中a'為=VSYNC (垂直同步信號)b'為:HSYNC(水平同步信號)c' 為:CL0CK(74.25MHz 數(shù)字視頻時鐘) d'為:Yout [7-0]，Cout [7-0](數(shù)字視頻亮度和色度數(shù)據(jù))H為:水平同步彳目號聞電平保持時間L'為:水平同步信號低電平保持時間M'為:水平同步信號周期時間對于1080P每秒25幀的全高清視頻輸出來說，其數(shù)字視頻時鐘速率為74.25MHz，由于是逐行的視頻輸出模式，因此這里場同步?jīng)]有用到；垂直同步信號，每幀會保持45行的低電平和1080行的高電平，顯然45行低電平的位置正好對應(yīng)了 45行垂直消隱的位置，其余為有效視頻行；水平同步信號，每行會保持720個時鐘的低電平和1920個時鐘的高電平，顯然720個時鐘的低電平正好對應(yīng)的是720個像素的水平消隱，其余為有效視頻數(shù)據(jù)。下面以攝像機(jī)工作在1080P，25幀工作模式為例進(jìn)行說明。測定同步信號的方法是，設(shè)計兩個定時器，對同步信號的高電平和低電平分別進(jìn)行計數(shù)。采用兩個計數(shù)器(這里稱為視頻計數(shù)器和消隱計數(shù)器)來對同步信號的高電平持續(xù)時間和低電平持續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)，視頻計數(shù)器對同步信號高電平持續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)，消隱計數(shù)器對同步信號的低電平持續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)。由于數(shù)字視頻信號輸出一般都是符合一定標(biāo)準(zhǔn)的，水平和垂直同步信號，在攝像機(jī)工作模式不發(fā)生變化的情況下，是成規(guī)律的周期性變化的。從圖4和圖5中就可以看到，水平同步信號每周期高電平持續(xù)1920個時鐘周期，低電平持續(xù)720個時鐘周期。垂直同步信號每周期高電平持續(xù)1080行，由于水平同步信號周期為2640個時鐘周期，因此可以得到垂直同步信號每周期高電平持續(xù)1080*2640 =2851200個時鐘周期，低電平持續(xù)45行，也就是118800個時鐘周期。計數(shù)器的工作時鐘直接使用74.25MHz的數(shù)字視頻時鐘。同步信號的周期時間是固定不變的，如果發(fā)生信號不穩(wěn)定，就會出現(xiàn)電平持續(xù)周期變化的情況，因此，持續(xù)周期的穩(wěn)定程度，能夠反映出電信號的穩(wěn)定程度。對于同步信號的持續(xù)時間計數(shù)器、視頻計數(shù)器和消隱計數(shù)器來說，需要做的工作就是不斷對信號的高或低電平進(jìn)行計數(shù)，并鎖存輸出。這里以水平同步信號的視頻計數(shù)器為例說明計數(shù)器的工作原理。由于計數(shù)器在工作期間，計數(shù)值在不斷的發(fā)生變化，因此需要等待計數(shù)器對高電平持續(xù)時間計數(shù)結(jié)束后，得到最終的結(jié)果用于判斷。為了能夠穩(wěn)定輸出計數(shù)結(jié)果，因此需要一個鎖存器。具體的設(shè)計如圖6所示，將74.25MHz數(shù)字視頻時鐘和水平同步信號送給視頻計數(shù)器I。視頻計數(shù)器I負(fù)責(zé)對水平同步信號的高電平持續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)，需要將數(shù)字視頻時鐘接到視頻計數(shù)器I的時鐘輸入端，水平同步信號通過一個非門(或稱反向器)接到視頻計數(shù)器I的同步復(fù)位輸入端(高電平輸入有效)。視頻計數(shù)器I的計數(shù)結(jié)果分別輸出給一個比較器2 (進(jìn)行不等于比較)和一個鎖存器4 (例如多位D觸發(fā)器)，比較器2的另外一個輸入全部接地，即輸入為O，判斷視頻計數(shù)器I的值是否不等于O。比較器2的結(jié)果和水平同步信號經(jīng)過非門后的輸出，連接到一個與門3上，與門3的輸出連接到鎖存器4的輸入使能端。鎖存器4使用數(shù)字視頻時鐘作為時鐘輸入。在設(shè)備剛剛開始工作時，視頻計數(shù)器I中的值是不確定的，這一階段鎖存器4的結(jié)果應(yīng)忽略。如果水平同步信號此時為低電平時，經(jīng)過非門輸出為高電平，視頻計數(shù)器I將被復(fù)位，視頻計數(shù)器I輸出結(jié)果為0，比較器2輸出結(jié)果為低電平，與門3輸出結(jié)果為低電平，此時鎖存器4的輸入使能輸入為無效，因此鎖存器4保持原鎖存結(jié)果不變。如果水平同步信號為高電平時，非門輸出低電平，視頻計數(shù)器I同步復(fù)位輸入為無效，視頻計數(shù)器I進(jìn)行計數(shù)，視頻計數(shù)器I的結(jié)果不為0，此時比較器2輸出高電平，和水平同步信號經(jīng)過非門后的結(jié)果相與后，與門3輸出依然為低電平。鎖存器4繼續(xù)保持原有值不變。因此，在水平同步信號維持高或低電平時，鎖存器4都會鎖存原有數(shù)據(jù)不變。下面對水平同步信號發(fā)生變化的時刻進(jìn)行分析。參見圖7和圖8，兩圖中A、B、C、D分別示意了數(shù)字視頻時鐘(即時鐘信號)、水平同步信號、視頻計數(shù)器輸出信號(圖6中的視頻計數(shù)器I)和比較器輸出信號(圖6中的比較器2)。圖7為水平同步信號由低電平跳變到高電平的時序圖，由于在水平同步信號維持低電平階段，視頻計數(shù)器始終處于復(fù)位狀態(tài)，因此計數(shù)結(jié)果始終為O。當(dāng)同步信號變?yōu)楦唠娖胶?，在下一個時鐘上升延到來時，計數(shù)器復(fù)位輸入為無效，計數(shù)器自動加1，變?yōu)镮。顯然這個過程中，水平同步信號經(jīng)過非門后的信號，先由高電平變?yōu)榈碗娖剑?，比較器的結(jié)果才從低電平變?yōu)楦唠娖?，因此與門的輸出時鐘保持低電平，鎖存器輸入使能端一直無效。圖8為水平同步信號由高電平跳變到低電平的時序圖，在水平同步信號維持高電平階段，計數(shù)器時鐘處于計數(shù)狀態(tài)。當(dāng)水平同步信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，計數(shù)器剛好計數(shù)到1920(計數(shù)器連續(xù)進(jìn)行了 1920次加計數(shù))。此時水平同步信號經(jīng)過非門后的電平首先由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，而計?shù)器值為1920，因此比較器輸出的也是高電平，在下一個時鐘上升沿到來時，與門輸出為高電平。于是鎖存器會在這一時鐘上升沿將計數(shù)器的結(jié)果進(jìn)行輸入并鎖存，鎖存結(jié)果為1920。然后由于計數(shù)器被復(fù)位，比較器輸出變?yōu)榈碗娖?，與門輸出也隨之變?yōu)榈碗娖?，?dǎo)致鎖存器輸入使能無效，不再輸入。從上述分析可以看出，只有在水平同步信號從高電平變?yōu)榈碗娖剑匆曨l計數(shù)器從工作狀態(tài)切換到非工作狀態(tài)那一個時鐘周期，鎖存器會將計數(shù)器計數(shù)的最終結(jié)果鎖存起來，并一直保持到下一次水平同步信號從高電平變?yōu)榈碗娖?。這樣，能夠保證后續(xù)模塊能夠有充足的時間讀取計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果，同時也避免了可能因讀取時間的不確定而導(dǎo)致的電
路競爭冒險。
同樣對于水平同步信號消隱計數(shù)器的設(shè)計，原理基本相同，只需要將水平同步信號連接的非門去掉，直接與計數(shù)器的同步復(fù)位輸入和與門輸入相連即可。對于垂直同步信號來說，與水平同步信號設(shè)計是很相近的，只是計數(shù)器計數(shù)的范圍比水平同步信號會大很多。一般設(shè)計中，水平同步信號的兩個計數(shù)器選用12位二進(jìn)制加計數(shù)器即可，而垂直同步信號應(yīng)選用24位二進(jìn)制加計數(shù)器。得到了同步信號的電平保持時間(數(shù)字視頻工作時鐘周期數(shù))以后，同步信號檢測模塊將該數(shù)據(jù)直接輸出給外部通信模塊，本實施例中包括了水平和垂直同步的高電平保持時間和低電平保持時間。外部通信模塊主要負(fù)責(zé)對同步信號檢測模塊輸出的數(shù)據(jù)與上位機(jī)(本實施例中為臺式電腦)配置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，配置數(shù)據(jù)為正常情況下同步信號的保持時間，本實施例中，應(yīng)將水平同步信號高電平保持時間設(shè)置為1920，低電平保持時間設(shè)置為720，垂直同步信號高電平保持時間設(shè)置為2851200，低電平保持時間設(shè)置為118800。外部通信模塊根據(jù)同步信號的周期，每個周期進(jìn)行一次比較，如果比較的結(jié)果與配置結(jié)果不同，則將實際結(jié)果通過串口發(fā)送給上位機(jī)。例如，對于水平同步信號來說，其工作周期為1/1125秒，也就是每秒1125個周期。于是外部通信模塊需要對水平同步信號每秒判斷1125次，保證每個周期的實際運(yùn)行情況都不會遺漏。如圖9所示，為本實施例外部通信模塊的原理框圖，圖中僅對水平同步信號高電平持續(xù)時間進(jìn)行了說明，其它信號原理相同。由于同步信號檢測模塊的四個鎖存器每個周期都會更新，為了保證獲取數(shù)據(jù)的時刻不會與更新時刻重疊，外部通信模塊需要避開鎖存器更新時刻。最簡單的方式是在鎖存器更新數(shù)據(jù)的相反同步信號邊緣進(jìn)行獲取數(shù)據(jù)，以水平同步信號為例，對于視頻計數(shù)器，即對水平同步信號高電平持續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器，該計數(shù)器連接的鎖存器是在水平同步信號由高電平跳變到低電平的時刻進(jìn)行更新。那么外部通信模塊應(yīng)在水平同步信號從低電平跳變到高電平的時刻去獲取鎖存器的相應(yīng)數(shù)據(jù)。然后對結(jié)果與事先外部配置的結(jié)果進(jìn)行比較，如果不同應(yīng)立即通過串口將實際結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)處理。當(dāng)然這里會出現(xiàn)這樣的情況，就是在設(shè)備異常的情況下，可能一直錯誤。由于串口通信速度有限，可能無法滿足實時將全部數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，這時只能根據(jù)串口的實際通信能力，舍棄部分?jǐn)?shù)據(jù)。最后應(yīng)提到的是，上述功能只能檢測同步信號，無法對數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，主要原因在于攝像機(jī)輸出的數(shù)據(jù)信號是不確定的，沒有辦法進(jìn)行精確的分析。但是有一種情況可以借助內(nèi)嵌同步碼來確定數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定性。日立D1-SC220攝像機(jī)本身支持內(nèi)嵌同步模式，僅通過數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)囊恍┨厥鈹?shù)據(jù)來對視頻的同步狀態(tài)進(jìn)行定義(有關(guān)內(nèi)嵌同步模式的詳細(xì)說明，見ITU-R BT.1120建議書)，這也是數(shù)字視頻傳輸中的一種標(biāo)準(zhǔn)傳輸模式。由于同步信號是借助數(shù)據(jù)線來傳輸?shù)?，因此能夠通過判斷內(nèi)嵌同步碼工作的穩(wěn)定狀態(tài)，間接判斷數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定性。為了能夠獲取內(nèi)嵌同步信息，需要追加下述模塊，如圖10所示。需要使用8位D觸發(fā)器，對8位視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，根據(jù)BT.1120規(guī)定的內(nèi)嵌同步碼標(biāo)準(zhǔn)，同步字是由十六進(jìn)制數(shù):FF、00、00、XY組成，其中XY是同步信息，具體定義見表I和表2:表IITU-R BT.1120標(biāo)準(zhǔn)定義的內(nèi)嵌同步碼詳細(xì)說明(圖像定時基準(zhǔn)碼的比特分配):
權(quán)利要求
1.一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，其特征在于，包括: 信號格式轉(zhuǎn)換模塊，用于接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號； 同步信號檢測模塊，用于持續(xù)檢測所述的待檢測高清數(shù)字視頻信號中的同步信號，計算該同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間； 外部通信模塊，用于檢測所述的同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間與所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)是否相符，確定該待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性，然后輸出檢測結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，其特征在于，所述的符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號中，至少包括時鐘信號、垂直同步信號和水平同步信號。
3.如權(quán)利要求2所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，其特征在于，所述的同步信號還包括場同步信號。
4.如權(quán)利要求3所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置，其特征在于，所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)為Y/C格式標(biāo)準(zhǔn)。
5.一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)接收外部輸入的高清數(shù)字視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號； (2)持續(xù)檢測所述的待檢測高清數(shù)字視頻信號中的同步信號，計算該同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間； (3)檢測所述的同步信號中高電平和低電平持續(xù)時間與所述的預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)是否相符，確定該待檢測高清數(shù)字視頻信號的穩(wěn)定性，然后輸出檢測結(jié)果。
6.如權(quán)利要求5所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的符合預(yù)定格式標(biāo)準(zhǔn)的待檢測高清數(shù)字視頻信號中，至少包括時鐘信號、垂直同步信號和水平同步信號。
7.如權(quán)利要求6所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟(2)中，檢測時對垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間是分別進(jìn)行檢測的。
8.如權(quán)利要求7所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟(2)中，利用所述的時鐘信號來計算垂直同步信號和水平同步信號的高電平和低電平持續(xù)時間。
9.如權(quán)利要求8所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述的同步信號包括還場同步信號，連同垂直同步信號和水平同步信號共計三種同步信號，在檢測時分別檢測三種同步信號高電平和低電平持續(xù)時間，且分別檢測。
10.如權(quán)利要求9所述的用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述的三種同步信號為外同步信號或內(nèi)嵌同步信號，在檢測內(nèi)嵌同步信號時，將內(nèi)嵌同步信號轉(zhuǎn)換為與外同步信號相同的格式特點(diǎn)，再采用與外同步信號相同的方法進(jìn)行檢測的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢驗高清數(shù)字視頻信號穩(wěn)定性的裝置和方法，能夠用于對高清數(shù)字視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性進(jìn)行檢測。本發(fā)明通過對高清數(shù)字視頻信號格式轉(zhuǎn)換為預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)格式，并分析其同步信號的高低電平持續(xù)時間，能夠準(zhǔn)確測定視頻信號的傳輸穩(wěn)定性。并且能夠?qū)⑹孪扰渲玫臄?shù)據(jù)與實際檢測的同步信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，將所有異常數(shù)據(jù)傳輸給后端分析。能夠準(zhǔn)確的檢測出數(shù)字高清視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并能快速定位異常原因。大大降低了數(shù)字高清云臺等產(chǎn)品的傳輸穩(wěn)定性檢驗復(fù)雜度，提高了檢驗準(zhǔn)確率和效率。
文檔編號H04N7/18GK103167314SQ20111041169
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者葉晨, 權(quán)立偉 申請人:天津市亞安科技股份有限公司