一种针对车载音视频数据的传输处理方法与流程

1.本发明涉及音视频数据传输方法领域，具体是一种针对车载音视频数据的传输处理方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，超清、高清音视频应用越来越广泛，车载音视频设备对超清、高清音视频的需求也逐渐增加。超清、高清音视频数据的传输一般包括在数据源的压缩编码过程、数据源向设备的传输过程，以及设备的解压解码过程，最终在设备得到来自数据源的超清、高清音视频数据。
3.为了确保压缩编码后数据传输的可靠性和稳定性，通常数据源对音视频数据进行传输编码后，会通过音视频serdes技术，采用lvds的传输格式，在模拟端（即将数据转换为用于传输的模拟信号）分成两路传输数据传输至设备，在设备进行两路数据的串行到并行转换后，再从lvds的数据中恢复其时钟信号、音视频数据信号和通讯信号，之后进行传输数据的解码处理，得到最终的音视频数据。
4.这种两路传输架构的优点是设计简单，继承性强。但是存在的问题是：1、抗电磁干扰性不强，2、高清需要4.5gbps, 超高清需要18gbps, 由于传输速率过快，造成的功耗过高，数据恢复误码率高，3、 双通道构架，属于一主一备，设计冗余不够强大。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种针对车载音视频数据的传输处理方法，以解决现有技术音视频数据两路传输架构存在的冗余不足的问题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种针对车载音视频数据的传输处理方法，包括以下步骤：步骤1、在音视频数据源发送端，获取各帧音视频数据、各帧音视频数据的时钟信息和时序信息，将各帧音视频数据进行压缩编码得到压缩编码数据；步骤2、在音视频数据源发送端，将步骤1得到的压缩编码数据加入抗干扰因子后进行扰码处理，接着将扰码处理后的数据再与步骤1得到的时序信息、时钟信息一起进行编码，得到传输编码数据；步骤3、在音视频数据源发送端，将步骤2得到的传输编码数据分别送入三路数据处理通道进行处理后，分别得到高频数据、中频数据、低频数据共三路数据，其中：第一路数据处理通道包括高通滤波器、高频保护电路、逃逸补偿电路，所述传输编码数据依次经高通滤波器滤波处理、高频保护电路进行混叠增益处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到高频数据；第二路数据处理通道包括带通滤波器、同步延迟电路、逃逸补偿电路，所述传输编码数据依次经带通滤波器滤波处理、同步延迟电路进行与高频数据的同步处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到中频数据；
第三路数据处理通道包括低通滤波器、同步延迟电路、逃逸补偿电路，所述传输编码数据依次经低通滤波器滤波处理、同步延迟电路进行与高频数据的同步处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到低频数据；步骤4、在音视频数据源发送端，将步骤3得到的高频数据、中频数据、低频数据进行同步，然后采用并行转串行方式将同步后的三路数据转换为串行数据；步骤5、令音视频数据源发送端向车载音视频设备接收端传输步骤4得到的串行数据；步骤6、在车载音视频设备接收端接收串行数据，并采用串行转并行方式将所述串行数据转换为高频数据、中频数据、低频数据共三路并行数据；步骤7、在车载音视频设备接收端，采用三路数据反处理通道分别对步骤6得到的三路并行数据分别进行处理，其中：第一路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、高频保护逆向电路、高通滤波器，所述高频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、高频保护逆向电路进行去混叠增益处理、高通滤波器滤波后，得到传输编码数据高频部分；第二路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、同步延迟电路、带通滤波器，所述中频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、同步延迟电路进行与传输编码数据高频部分的同步处理、带通滤波器滤波后，得到传输编码数据中频部分；第三路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、同步延迟电路、低通滤波器，所述低频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、同步延迟电路进行与传输编码数据高频部分的同步处理、低通滤波器滤波后，得到传输编码数据低频部分；步骤8、将步骤7得到的传输编码数据高频部分、传输编码数据中频部分、传输编码数据低频部分进行整合，利用公式q= a*x
2 b*y c*z计算得到整合后的数据即为所述传输编码数据，其中：a、b、c分别为高频部分、中频部分、低频部分的增益常数，x、y、z分别为传输编码数据高频部分、传输编码数据中频部分、传输编码数据低频部分，q是整合后的最终单通道数据；步骤9、将步骤8得到的传输编码数据进行解码处理，得到所述压缩编码数据、各帧音视频数据时序信息与时钟信息；步骤10、将步骤9得到的压缩编码数据进行解扰码、去抗干扰因子处理后，再进行解码、解压缩，得到各帧音视频数据，然后基于各帧音视频数据的时序信息、时钟信息，将各帧音视频数据组装为完整的音视频数据。
7.进一步的，步骤1中压缩编码为无损压缩编码。
8.进一步的，步骤4中，采用数据缓存器使步骤3得到的高频数据、中频数据、低频数据进行同步。
9.进一步的，步骤4中，采用12位深的同相位倍频方式实现并行转串行。
10.进一步的，步骤5中，所述音视频数据源发送端还向车载音视频设备接收端发送传输时钟信息；步骤6中车载音视频设备接收端还接收所述传输时钟信息，车载音视频设备接收端自测所述串行数据的传输时钟信息，并与接收到的传输时钟信息进行比对，以得到正确的传输时钟信息。
11.进一步的，步骤5中音视频数据源发送端采用分频方式发送传输时钟信息；步骤6
中车载音视频设备接收端采用倍频方式恢复所述传输时钟信息。
12.进一步的，步骤7中，步骤6中，将串行数据通过电压均衡器进行去除电源纹波和稳压后，再进行串行转并行。
13.与现有技术相比，本发明的优点为：1、本发明采用无损压缩方式获得压缩编码数据，能够降低传输速率和误码率，再对压缩编码数据加入抗干扰因子和扰码处理，能够显著提高待传输数据的抗电磁干扰能力。
14.2、本发明采用降低时钟频率传输，后期再恢复高频，即在步骤5采用分频方式发送传输时钟信息，然后步骤6中接收端采用倍频方式恢复传输时钟信息。通过这种方式能够在降低传输速率的情况下正常传输时钟信息。通常情况下，时钟的频率是数据频率的2倍以上，以4k超高清为例，正常数据的频率300mhz, 而时钟的频率则为600mhz, 正常传输时钟频率必须达到1.2ghz，才能正确的恢复时钟信息。通过本发明上述方式，则可以采用与数据同等频率传输时钟信息，降低整体的传输速率。
15.3、本发明在发送端采用三路数据处理通道构架，并在接收端对应采用三路数据反处理通道架构，由此形成的高频，中频，低频共三路数据，在整个设计中，针对易被干扰的高频和低频，采用了特殊的滤波和保护电路机制，增强了抗干扰的能力，也增强了音视频数据传输的稳定性和可靠性。
附图说明
16.图1是本发明方法流程框图。
17.图2是本发明无损压缩编码流程框图。
18.图3是本发明形成三路架构的流程框图。
19.图4是本发明音视频数据源发送端的发送流程框图。
20.图5是本发明车载音视频设备接收端的接收流程框图。
21.图6是本发明三路数据反处理通道的处理流程框图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
23.如图1所示，本发明实施例一种针对车载音视频数据的传输处理方法，包括以下步骤：步骤1、在发送环节，从音视频数据源发送端获取各帧音视频数据，以及各帧音视频数据的时序和时钟信息，然后，将各帧音视频数据进行无损压缩编码得到压缩编码数据。其中，对于其中的视频数据，在压缩编码前还需要进行色域空间的转换，即将一般为rgb格式的视频数据转换为ycbcr格式的数据。
24.本发明以视频数据的无损压缩编码过程为例进行说明，其流程如图2所示。首先，按每帧视频数据的时钟信号频率、视频嵌入时序编码方式的时钟频率、处理速率、压缩比例关系，将每帧视频数据分成多份同等大小的子画面。
25.然后再对每份子画面分别进行无损压缩编码，得到每个子画面对应的无损压缩编码子数据。无损压缩编码处理单元其数据处理过程如图2所示，首先把输入的一帧视频数
据，等比例分成多个处理单元（等宽等高），每个处理单元都是被专门处理的独立数据通路。基于独立处理单元，每行像素被分为同数量的像素数据然后分别处理，而处理是基于ycocg色域空间来进行的。 如果输入的是rgb或者ycbcr数据， 首先被转换成ycocg格式，然后利用像素预测数据，或者利用历史查询表来重构像素，利用可变长度代码或者熵编码模块来确定是用像素预测还是历史查询表来重构像素。熵编码模块为每个子数据流y、co、cg建造独立的语法单元，每个语法单元包含预测重构基础的冗余值和历史查询表的索引。每个独立的语法单元被写入独立的均衡缓存，同时相对应的尺寸也被写入对应的语法单元尺寸缓存。在经过一定的处理时间延迟后，子数据流的被按照一定的顺序和规则被重新选择，形成新的子编码比特数据流，写入每个独立比率缓存。每个独立的比率缓存被依次读取出来，形成整个视频无损压缩编码比特流输出。
26.步骤2、在步骤1得到的压缩编码数据加入抗干扰因子，然后进行扰码处理（scramble），得到抗电磁干扰能力很强的数据。然后将扰码处理后的数据再与步骤1得到的时序信息、时钟信息，以及音视频数据源发送端用于传输数据的通讯接口数据一起进行格雷编码，得到传输编码数据。
27.本发明中，由于车辆存在震动、颠簸，以及车辆内的电机的电磁干扰，因此在压缩编码数据中增加了抗干扰因子以及扰码处理，该抗干扰因子是指针对每种不同的数据， 给予不同的增益变量， 然后与信号相乘来增加抗干扰能力。
28.增加抗干扰因子，主要是防止高频的纹波以及低频的干扰波引起电源的波动而造成数据的变化。而采用扰码处理则是通用的一种emi抗干扰处理方法。
29.此外，步骤2中还可以加入crc校验数据，以在后续基于crc校验数据进行数据传输校验。
30.本发明中，因为音视频数据源发送端是采用一对差分线的双绞线，向载音视频设备接收端发送传输编码数据的，这就要求在传输的过程中，具体的音视频数据，以及时钟信息、时序信息、通讯接口数据等都是同一对差分线来传输的，因此需要对这些信息数据进行整体编码以变成一种数据来进行传输。
31.步骤3、将传输编码数据进行单通道向三路通道数据的转换处理。
32.在本步骤3之前，都是属于数字信号处理，相对来说电压稳定、电源纹波少，信号相对稳定，不易受到其他的干扰。但是在本步骤3之后，由于进入模拟电路环节（即将数据转换为模拟量用于传输），所以相对的受到外界各种干扰源的干扰将大大增加。为确保信号的稳定性，完整性，以及可靠性，从本步骤3开始，后面将采用三路通道构架来处理传输数据。
33.形成三路架构的过程如图3所示：在音视频数据源发送端，将步骤2得到的传输编码数据分别送入三路数据处理通道进行处理后，分别得到高频数据、中频数据、低频数据共三路数据，其中：第一路数据处理通道包括高通滤波器、高频保护电路、逃逸补偿电路，传输编码数据依次经高通滤波器滤波处理、高频保护电路进行混叠增益处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到高频数据；第二路数据处理通道包括带通滤波器、同步延迟电路、逃逸补偿电路，传输编码数据依次经带通滤波器滤波处理、同步延迟电路进行与高频数据的同步处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到中频数据；
第三路数据处理通道包括低通滤波器、同步延迟电路、逃逸补偿电路，传输编码数据依次经低通滤波器滤波处理、同步延迟电路进行与高频数据的同步处理、逃逸补偿电路进行比特位补偿后，得到低频数据。
34.本步骤3中，通过高通滤波器，带通滤波器，以及低通滤波器，分别进行高频滤波、中频滤波和低频滤波。对于高频数据，由于受到电磁干扰以及噪音的干扰比较大，所以通过高频保护电路向数据增加混叠因子，以使高通滤波器滤波滤波后输出的传输编码数据乘以一定的增益，让实际信号的值变大。而对于低频和中频数据，由于受到的干扰比较小，因此设置同步延迟电路使它们与高频数据同步即可。为了防止有部分数据或者比特位的逃逸或者丢失现象，因此三路数据处理通道都设置逃逸补偿电路，通过逃逸补偿电路进行比特位补偿，最后获得三路数据，即高频数据、中频数据、低频数据，这三路数据再进入后面的模拟环节。
35.步骤4、在音视频数据源发送端，将步骤3得到的高频数据、中频数据、低频数据进行同步，然后采用并行转串行方式将同步后的三路数据转换为串行数据，具体过程如下：如图4所示，本步骤4中，首先三路数据在传输前需要进行数据同步，故本步骤4采用小型的存储缓存器来实现三路数据的同步。具体的，对于高频数据、中频数据、低频数据，将它们先存入一个8~16层深、32比特宽的缓存里，然后通过利用同一的时钟，同时从三个缓存读取，从而达到同步的功能。
36.然后，将高频数据、中频数据、低频数据这三路并行的数据转换为串行数据。目前市场上采用的一般是6位位深、8位位深、10位位深、12位位深的同相位倍频的方式来实现并行转串行，本发明中优选采用12位位深的同相位倍频方式，将三路并行的数据转换为串行数据，由此增加了传输的数据量。
37.由于音视频数据源发送端是采用一对差分线的双绞线向车载音视频设备接收端发送传数据，因此将本步骤5中将传输时钟信息和串行数据组合在一起来传输，该传输时钟信息包括传输时钟的频率、周期、相位、占空比等参数，为了在车载音视频设备接收端能准确的恢复出传输时钟信息，专门设置一段数据来传输这些传输时钟信息的参数。
38.具体的在发送传输时钟信息时，由于高清视频的传输时钟频率是148.5mhz, 超高清的传输时钟频率是600mhz，为了有效传输串行数据和传输时钟信息，以及使车载音视频设备接收端能有效，准确的恢复时钟信号，基于本发明支持超高清4k*2k@60hz的传输特性，本发明在视频数据源发送端，采用四分频的方式来发送传输时钟信息。
39.同时，本发明还在串行数据中加入crc校验数据，以方便车载音视频设备接收端能够基于crc校验的方法进行数据校验。根据不同的比特传输模式，可采用不同比特位宽的crc校验。
40.步骤5、令音视频数据源发送端向车载音视频设备接收端传输步骤4得到的串行数据。
41.在具体传输时，为了增加差分信号在传输中的驱动性能，以及解决在传输过程中出现的信号衰减等问题，本步骤5在音视频数据源发送端增加了传输驱动处理。具体得，采用h-桥的差分驱动构架、电荷泵和电流控制方式进行传输驱动处理，采用过流和低流保护机制来确保传输的驱动能力和根据传输距离，并降低信号的衰减。其中h-桥对串行数据进行电源的输入进行稳压处理，charge pump对串行数据信号的电流进行恒流处理，通过电压
脉宽调整进行电流控制，通过电流阈值进行过流和低流保护。
42.步骤6、如图5所示为车载音视频设备接收端的接收串行数据后对数据的处理过程，车载音视频设备接收端接收串行数据后，首先采用串行转并行方式将所述串行数据转换为高频数据、中频数据、低频数据共三路并行数据，过程如下：首先，在车载音视频设备接收端接收串行数据和传输时钟信息，通过crc校验串行数据，以确认数据传输的完整性，以及接收数据没有丢码或者误码问题。
43.并且，通过电压均衡器对音视频数据源发送端发送的串行数据进行处理，以去除串行数据中电源纹波并进行稳压，使输入差分信号的高低电平达到最低电压0.75mv, 高压达到1.1v的这样一个稳压的状态，滤除低压和高压纹波。
44.然后将串行数据进行串行转并行处理，得到高频数据、中频数据、低频数据共三路并行数据。具体的，基于步骤4中12位位深的同相位倍频的逆向过程，将串行数据转换为三路并行数据。
45.而车载音视频设备接收端收到音视频数据源发送端发送的传输时钟信息时，采用步骤4中四分频相反的四倍频方式，利用主锁相环mpll来恢复真实的数据处理需要的时钟。
46.并且车载音视频设备接收端自测接收串行数据时的时钟，解析出相应的传输时钟信息（包括传输时钟的频率、周期、相位、占空比等），并与音视频数据源发送端发送的传输时钟信息进行比对，得出正确的传输时钟信息中包括的参数。
47.因为三路数据在传输中，以及在数据恢复中都有不同的延迟，为了达到真正的同步，本步骤6对三路并行数据同步处理，采用步骤4同样的小型的存储缓存器进行处理，并利用恢复后的时钟信号，来达到真正的数据同步和数据相位的对齐，得到同步的三路并行数据。
48.步骤7、在车载音视频设备接收端，采用三路数据反处理通道分别对得到的三路并行数据分别进行处理，得到三路传输编码数据。
49.如图6所示，三路数据反处理通道的处理过程为步骤3的逆向过程，具体的：第一路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、高频保护逆向电路、高通滤波器，所述高频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、高频保护逆向电路进行去混叠增益处理、高通滤波器滤波后，得到传输编码数据高频部分。
50.第二路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、同步延迟电路、带通滤波器，所述中频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、同步延迟电路进行与传输编码数据高频部分的同步处理、带通滤波器滤波后，得到传输编码数据中频部分。
51.第三路数据反处理通道包括逃逸补偿逆向电路、同步延迟电路、低通滤波器，所述低频数据依次经逃逸补偿逆向电路进行去补偿处理、同步延迟电路进行与传输编码数据高频部分的同步处理、低通滤波器滤波后，得到传输编码数据低频部分。
52.步骤8、将步骤7得到的传输编码数据高频部分、传输编码数据中频部分、传输编码数据低频部分进行整合。
53.具体的，利用公式q= a*x
2 b*y c*z计算得到整合后的数据即为所述传输编码数据，其中：其中：a、b、c分别为高频部分、中频部分、低频部分的增益常数，x、y、z分别为传输编码数据高频部分、传输编码数据中频部分、传输编码数据低频部分，q是整合后的最终单通道的传输编码数据。
54.步骤9、将步骤8得到的整合后的传输编码数据进行步骤3的逆向处理，即格雷解码处理，得到压缩编码数据、各帧音视频数据时序信息与时钟信息。
55.步骤10、将步骤9得到的压缩编码数据进行步骤2的逆向处理，即解扰码（de-scramble）、去抗干扰因子处理后，再进行步骤1的逆向处理即解码、解压缩，得到各帧音视频数据，然后基于各帧音视频数据的时序信息、时钟信息，将各帧音视频数据组装为完整的音视频数据。
56.本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。