CN101931482A - 一种汇聚型视频***时钟同步方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汇聚型视频***时钟同步方法及***，该发明包含一种新型的***时钟***模型和对应的软硬件处理流程，其特征在于：汇聚端的发送时钟和接收时钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出接收时钟，该时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发送的数据。本发明以极低的成本实现了汇聚型视频***多个单路远端设备的快速同步，改善了传输质量；不用增加缓存单元，实现了视频信号的实时传输，降低硬件复杂度的同时减少了硬件成本。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信和安防监控领域，具体涉及一种汇聚型视频***时钟同步方法及***。
背景技术
汇聚型视频***是一种新型视频***，它可以将多个独立单路远端设备通过光纤汇接到汇聚端，各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通过一根光纤转发出去，形成一拖多的星型拓扑结构。汇聚型视频***提高了干路光纤的利用率，发挥了光纤的带宽优势；由于其只对数字信号进行汇接处理，解决了传统模拟汇接设备需要经过两次模拟数字间的转换，减小了信号的采样失真，节省了硬件成本。
视频***属于严格的时钟同步***，发送和接收端在同步时钟的作用下进行复用和解复用处理。视频***一般在接收端设置硬件CDR用于恢复发送时钟，从而保证发送和接收端的同步。汇聚型视频***的设计难点是异步时钟的同步处理。构成汇聚型视频***的多个单路远端设备均有自己独立的时钟***，相互间没有关联，属于异频异相时钟。在汇聚端，***必须将多个单路远端时钟域转换成本地时钟域，从而完成对远端数据的二次复用。如果对跨时钟域带来的亚稳态、采样丢失、潜在逻辑错误等等一系列问题处理不当，将导致接收误码，严重的甚至会导致***无法运行。
为了避免异步时钟域产生错误的采样电平，一般使用双口RAM、FIFO缓存的方法完成异步时钟域的数据转换。最常用的缓存单元是FIFO，在输入端口使用上级时钟写数据，在输出端口使用本级时钟读数据，这样就非常方便的完成了异步时钟域之间的数据交换。该方法适用突发传输***，并不适用以PCM传输为主的强时序的******。单路远端和汇聚端虽然采用的是同一型号的晶体振荡器，但仍然存在着精度范围内的频率偏差。这种偏差会随着时间累积，从而造成周期性的传输误码，导致接收图像上出现周期移动的横条纹，影响观看效果。另外该方法对******而言还存在着一些技术缺陷。首先，对数据缓存会造成处理延时，实时效果差，失去了光纤传输的传统优势；其次，由于汇聚型视频***有多个单路远端设备需要同步，该方法会占用大量的FIFO资源，需要大容量的FIFO存储芯片，增加***复杂度也提高了硬件成本。
传统视频***的时钟***具有对称性，即发送端和接收端设备时钟***具有相同的结构。如图1所示的单路远端和汇聚端使用的时钟***模型，***中有3个主要时钟，分别为参考时钟、发送时钟、接收时钟。其中参考时钟和发送时钟均来自同一个输入源，即本地晶体振荡器。发送时钟主要用做发送逻辑的同步处理，所有的视频、音频、数据等信号在该时钟的作用下被复用成一路高速信号，通过光纤转发出去。参考时钟是硬件CDR的PLL输入时钟，该时钟在器件内部被倍频，用作输入数据的鉴相时钟。鉴相结果引入到VCO的反馈输入端，从而控制硬件CDR从接收数据中恢复出精确的时钟信息。接收时钟来自硬件CDR的输出，它总是和数据源的发送时钟同步，接收逻辑利用该时钟进行解复用处理，从而恢复出远端发送的视频、音频、数据等信号。由于接收时钟是由硬件CDR从远端发送数据中恢复出来的，它和发送设备的本地时钟是同源时钟，而和自身的设备时钟是非同源时钟，即本地的发送时钟和接收时钟并没有频率和相位上的关系，属于异频异相时钟。多个单路远端的发送数据到达汇聚端后，经硬件CDR恢复出多个独立的非相关时钟，如何处理多个异步时钟的同步就成为一个设计难点。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种低成本的汇聚型视频***时钟同步方法，不用增加任何硬件设备，快速实现多个单路远端设备的时钟同步，提高视频传输的保真度，降低***成本。
本发明的目的是这样实现的：
应用于汇聚型视频******中的单路远端的时钟***，包括时钟数据恢复CDR模块、发送逻辑模块和接收逻辑模块；其中CDR模块接收参考时钟和数据，并据此恢复出接收时钟，然后将恢复出的接收时钟分别输出至发送逻辑模块和接收逻辑模块；所述参考时钟为单路远端的本地时钟，所述数据来自汇聚型视频******中的汇聚端，由此发送逻辑模块所使用的时钟、接收逻辑模块所使用的时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟。
上述发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。
应用于汇聚型视频******中的汇聚端的时钟***，包括发送逻辑模块和接收逻辑模块，其中本地时钟分别输入到发送逻辑模块和接收逻辑模块，即汇聚端的发送时钟和接收时钟均来自本地晶体振荡器。
上述发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。
一种汇聚型视频***，其包括多个独立的单路远端设备、汇聚型视频***汇聚端和汇聚型视频***多路接收端；其中多个独立单路远端设备通过光纤汇接到汇聚端，各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通过一根光纤转发至所述接收端，其特征在于：每个单路远端设备使用前面所述的时钟***，汇聚端使用前面所述的时钟***。
具体地，所述汇聚端包括多个第一光模块、可编程逻辑器件、并/串转换芯片和第二光模块，其中每个第一光模块的一端通过单模光纤与一个单路远端设备连接，每个第一光模块的另一端与可编程逻辑器件直连，所述可编程逻辑器件另一端连接并/串转换芯片，并/串转换芯片另一端连接第二光模块，第二光模块与汇聚型视频***多路接收端连接。
具体地，所述第一光模块的速率为155mbps，采用1X9物理接口，支持单纤双向传输；所述第二光模块，采用1X9物理接口，支持1.25Gbps速率，可最多实现8个单路远端数据的汇聚传输。
具体地，所述可编程逻辑器件采用ALTERA公司的EP2C5芯片，该芯片支持LVDS差分接口，经过简单电阻网络的转换后，可与第一光模块的数据接口直连。
具体地，第二光模块为干路光纤通道的SERDES芯片，采用美国国家半导体的DS92LV18，采用1：18的数字接口。多个单路远端的数据经过汇聚端同步处理之后再经过并/串转换芯片复用成一路高速信号。
一种汇聚型视频***时钟同步方法，其特征在于：汇聚端的发送时钟和接收时钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出时钟，该恢复出的时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发送的数据。
本发明涉及的方法及***能够快速实现多个单路远端设备与汇聚端本地时钟的同步，从而实现多路视频和数据信号的汇聚传输，具有以下优点和积极效果：
1、传统处理方法需要对高速数据流进行缓存，处理延时长，实时性差；采用该发明的方法可快速实现同步，不用对数据缓存，实时性好；
2、对于汇聚端设备，优化的时钟模型不需要片外的FIFO资源和硬件CDR，在降低***复杂度的同时节约了硬件成本；
3、对于单路远端设备，硬件不用做任何修改，软件只要做很少的修改，就可以适应新的时钟模型；在单路点对点的应用中，新模型向下兼容传统模型，采用新模型的设备可以和老设备混用。
附图说明
图1为传统视频******中单路远端和汇聚端使用的时钟***模型。
图2为本发明改进后的单路远端视频***时钟***模型。
图3为本发明改进后的汇聚端的时钟***模型。
图4为本发明硬件***结构。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进一步说明：
本发明改进了传统的视频***时钟模型，优化了时序结构，从而实现快速的时钟同步。改进的模型采用了非对称结构，图2所示的是单路远端的时钟模型，发送和接收时钟均来自硬件CDR的输出，本地时钟不再驱动发送逻辑，仅作为硬件CDR的参考时钟。由于输入数据源来自汇聚端，因此从该数据中恢复出的接收时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟，而汇聚端的发送时钟采用本地时钟，故汇聚端的本地时钟和单路远端的发送和接收时钟是严格同步的。对于汇聚端，只需要用本地时钟就可对单路远端的数据进行接收、解复用处理，不再需要采用硬件CDR恢复远端的发送时钟。改进的时钟模型很巧妙的将汇聚端的本地时钟引入到单路远端，并用作发送逻辑的输入时钟，这样单路远端的发送和接收就都和汇聚端的本地时钟同步了。图3所示的是汇聚端的时钟模型，发送和接收时钟均来自同一输入源，即本地晶体振荡器，接收时钟前端不再设置硬件CDR电路。
本发明采用新的时钟模型，使得汇聚型视频***的硬件结构大大简化，如图4所示。多个4.1设备通过多根单模光纤与4.6连接，4.6再通过单根光纤与4.7连接。其中4.6是由多个4.2以及4.3、4.4和4.5组成的***。
4.1为单路远端设备，采用新时钟模型的单路远端设备不用对原硬件设计做任何修改，只需要对软件设计做很小的改动；在单路点对点的应用中，新模型向下兼容传统模型，采用新模型的设备可以和老设备混用；
4.2为155mbps速率的光模块，采用1X9物理接口，支持单纤双向传输；
4.3为可编程逻辑器件，采用ALTERA公司的EP2C5芯片。该芯片支持LVDS差分接口，经过简单电阻网络的转换后，可与4.2的数据接口直连，不用经过SERDES芯片转换；
4.4为干路光纤通道的并/串转换芯片（SERDES芯片），采用美国国家半导体的DS92LV18，采用1：18的数字接口。多个4.1的数据经过汇聚端同步处理之后再经过4.4复用成一路高速信号；
4.5是干路光纤通道的光模块，采用1X9物理接口，支持1.25Gbps速率，可最多实现8个单路远端数据的汇聚传输；
4.7为汇聚型视频***多路接收端，4.4的输出经过4.5转换成光信号发送出去，4.7接收信号并还原远端的发送信号。
本发明同时简化了***的软件处理流程，汇聚端不需要对多个单路远端的数据进行FIFO同步处理，不会占用大量的FIFO资源。汇聚端采用广播方式向多个单路远端同时发送反向数据，经过光纤到达各单路远端的接收端，单路远端的CDR电路从串行数据流中恢复出发送时钟。由于各单路远端的数据和汇聚端的时钟***是同步的，因此恢复出来的时钟和汇聚端的本地时钟是同源时钟。采用这个恢复出来的时钟作为单路远端的发送时钟，对于汇聚端的接收逻辑来说，它只需要采用本地时钟，就可以实现和远端设备的同步。汇聚端对多个单路远端的数据进行解复用，再重新复用成一路高速信号，通过干路光纤传输到汇聚型视频***接收端。
Claims (10)
1.一种时钟***，应用于汇聚型视频******中的单路远端，其特征在于：该时钟***包括时钟数据恢复CDR模块、发送逻辑模块和接收逻辑模块；其中CDR模块接收参考时钟和数据，并据此恢复出接收时钟，然后将恢复出的接收时钟分别输出至发送逻辑模块和接收逻辑模块；所述参考时钟为单路远端的本地时钟，所述数据来自汇聚型视频******中的汇聚端，由此发送逻辑模块所使用的时钟、接收逻辑模块所使用的时钟和汇聚端的发送时钟是同源时钟。
2.如权利要求1所述的时钟***，其中发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。
3.一种时钟***，应用于汇聚型视频******中的汇聚端，其特征在于：该时钟***包括发送逻辑模块和接收逻辑模块，其中本地时钟分别输入到发送逻辑模块和接收逻辑模块，即汇聚端的发送时钟和接收时钟均来自本地晶体振荡器。
4.如权利要求3所述的时钟***，其中发送逻辑模块和接收逻辑模块由可编程逻辑器件实现。
5.一种汇聚型视频***，其包括多个独立的单路远端设备、汇聚型视频***汇聚端和汇聚型视频***多路接收端；其中多个独立单路远端设备通过光纤汇接到汇聚端，各个单路远端的数据在汇聚端被解析，再重新复用成一路高速信号，通过一根光纤转发至所述接收端，其特征在于：每个单路远端设备使用如权利要求1或2所述的时钟***，汇聚端使用如权利要求3或4所述的时钟***。
6.如权利要求5所述的汇聚型视频***，其特征在于：所述汇聚端包括多个第一光模块、可编程逻辑器件、并/串转换芯片和第二光模块，其中每个第一光模块的一端通过单模光纤与一个单路远端设备连接，每个第一光模块的另一端与可编程逻辑器件直连，所述可编程逻辑器件另一端连接并/串转换芯片，并/串转换芯片另一端连接第二光模块，第二光模块与汇聚型视频***多路接收端连接。
7.如权利要求5或6所述的汇聚型视频***，所述第一光模块的速率为155mbps，采用1X9物理接口，支持单纤双向传输；所述第二光模块，采用1X9物理接口，支持1.25Gbps速率，可最多实现8个单路远端数据的汇聚传输。
8.如权利要求5-7任一项所述的汇聚型视频***，所述可编程逻辑器件采用ALTERA公司的EP2C5芯片，该芯片支持LVDS差分接口，经过简单电阻网络的转换后，可与第一光模块的数据接口直连。
9.如权利要求5-8任一项所述的汇聚型视频***，第二光模块为干路光纤通道的SERDES芯片，采用美国国家半导体的DS92LV18，采用1：18的数字接口；多个单路远端的数据经过汇聚端同步处理之后再经过并/串转换芯片复用成一路高速信号。
10.一种汇聚型视频***时钟同步方法，其特征在于：汇聚端的发送时钟和接收时钟均为本地时钟，汇聚端向多个单路远端广播发送反向数据，单路远端从该数据中恢复出时钟，该恢复出的时钟同时被用作单路远端设备的发送时钟和接收时钟，这样所有单路远端的时钟都和汇聚端的本地时钟同步，汇聚端只需要用本地时钟就可以恢复各单路远端发送的数据。
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