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数字音视频 信号时钟同步系统

阅读：939发布：2020-05-11

专利汇可以提供数字音视频信号时钟同步系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种数字音视频信号时钟同步系统，属于网络音视频领域，本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，具有较为简单的结构、较低的系统成本和较高的实用性，无需复杂的DSP重采样机制，且适用于数字音视频输入信号源在一个或多个输出设备上进行时钟同步播放的场景，可做到多个输出同时向一个输入的实时动态调整，使得一个输入信号源与多个输出信号时钟之间保持高效的同步。，下面是数字音视频信号时钟同步系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，包括：
主控芯片，用于实施数字音视频信号的输入输出同步控制；
第一信号转换单元，与所述主控芯片通信连接，用于传送待处理的音视频输入信号至所述主控芯片，并输出用于表达信号源频率及刷新速率的输入帧同步信号；所述第一信号转换单元上连接有用于接收外部音视频输入信号的信号输入接口；
第二信号转换单元，与所述主控芯片通信连接，用于接收所述主控芯片产生的输出帧同步信号和待输出音视频信号，所述输出帧同步信号用于表达输出至显示装置上的信号频率及刷新速率；所述第二信号转换单元上连接有用于输出音视频信号的信号输出接口；
闭环反馈器，分别与所述主控芯片、所述第一信号转换单元及所述第二信号转换单元通信连接；
所述闭环反馈器实时接收所述输入帧同步信号及所述输出帧同步信号、执行相位比较并对输出帧同步信号的信号频率进行动态调整，产生更新的系统同步时钟；所述闭环反馈器将更新的系统同步时钟传送至所述主控芯片，所述主控芯片根据更新后的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。
2.如权利要求1所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述闭环反馈器包括：
相位比较器，分别与所述第一信号转换单元、所述第二信号转换单元通信连接，用于接收所述第一信号转换单元的输入帧同步信号及所述第二信号转换单元的输出帧同步信号并进行动态相位比较，根据超前或滞后结果产生电压调整数字信号；
数模转换电压调整单元，与所述相位比较器通信连接，用于接收所述相位比较器的电压调整数字信号，转换为电压控制模拟信号；
电压控制振荡器，与所述数模转换电压调整单元通信连接，用于接收所述数模转换电压调整单元的电压控制模拟信号，通过内部石英晶体振荡器实现输出帧同步信号时钟频率的平滑微调，产生更新的系统同步时钟；
所述电压控制振荡器与所述主控芯片通信连接，所述电压控制振荡器向所述主控芯片传送更新的系统同步时钟，所述主控芯片依据更新的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。
3.如权利要求1所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述音视频输入信号和所述音视频输出信号均为HDMI信号；所述第一信号转换单元为HDMI Rx phy芯片；所述第二信号转换单元为HDMI Tx phy芯片；所述信号输入接口为HDMI输入接口，所述信号输出接口为HDMI输出接口。
4.如权利要求2所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述数模转换电压调整单元包括D/A芯片。
5.如权利要求2所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述数模转换电压调整单元包括PWM发生器和低通滤波电路。
6.如权利要求1所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述第二信号转换单元连接有多个信号输出接口；所述多个信号输出接口被所述主控芯片选择性使能选通。
7.如权利要求1～6任一所述的数字音视频信号时钟同步系统，其特征在于，所述数字音视频信号时钟同步系统设置于一个壳体装置中，所述信号输入接口、所述信号输出接口开设于所述壳体装置上；所述主控芯片、所述闭环反馈器、所述第一信号转换单元、所述第二信号转换单元内置于所述壳体装置中。

说明书全文

数字音视频信号时钟同步系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及网络音视频领域，尤其涉及一种数字音视频信号时钟同步系统。

背景技术

[0002] 在网络音视频领域，音视频信号的时钟一致性是一个需要解决的重要问题。通过对全网络的时钟进行同步，可以让音频输入设备的采样率和输出设备的采样率保持一致，但是，此种方法只能解决模拟音频输入并通过codec采样的情况。

[0003] 对于例如某些HDMI内嵌的数字音频来说，数字音频的采样频率由电脑决定，而不受系统时钟的影响，因而经常会造成设备音频输出与信号源存在不同步的现象。传统对音频输入与音频输出的同步问题进行解决时，一般采用增加DSP进行重采样，使其与信号源时钟同步，但是增加DSP进行重采样的方案成本较高，具有较高的开发门槛。实用新型内容

[0004] 针对上述存在的问题，本实用新型提供一种数字音视频信号时钟同步系统，无需复杂的DSP重采样机制，既可以使一个信号源在一个输出设备上进行时钟同步播放，也可以用于多个信号源在一个输出设备上进行时钟同步播放，具有较强的可靠性和较低的成本。

[0005] 本实用新型采取的技术方案为：

[0006] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，包括：

[0007] 主控芯片，用于实施数字音视频信号的输入输出同步控制；

[0008] 第一信号转换单元，与所述主控芯片通信连接，用于传送待处理的音视频输入信号至所述主控芯片，并输出用于表达信号源频率及刷新速率的输入帧同步信号；所述第一信号转换单元上连接有用于接收外部音视频输入信号的信号输入接口；

[0009] 第二信号转换单元，与所述主控芯片通信连接，用于接收所述主控芯片产生的输出帧同步信号和待输出音视频信号，所述输出帧同步信号用于表达输出至显示装置上的信号频率及刷新速率；所述第二信号转换单元上连接有用于输出音视频信号的信号输出接口；

[0010] 闭环反馈器，分别与所述主控芯片、所述第一信号转换单元及所述第二信号转换单元通信连接；

[0011] 所述闭环反馈器实时接收所述输入帧同步信号及所述输出帧同步信号、执行相位比较并对输出帧同步信号的信号频率进行动态调整，产生更新的系统同步时钟；所述闭环反馈器将更新的系统同步时钟传送至所述主控芯片，所述主控芯片根据更新后的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。

[0012] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述闭环反馈器包括：

[0013] 相位比较器，分别与所述第一信号转换单元、所述第二信号转换单元通信连接，用于接收所述第一信号转换单元的输入帧同步信号及所述第二信号转换单元的输出帧同步信号并进行动态相位比较，根据超前或滞后结果产生电压调整数字信号；

[0014] 数模转换电压调整单元，与所述相位比较器通信连接，用于接收所述相位比较器的电压调整数字信号，转换为电压控制模拟信号；

[0015] 电压控制振荡器，与所述数模转换电压调整单元通信连接，用于接收所述数模转换电压调整单元的电压控制模拟信号，通过内部石英晶体振荡器实现输出帧同步信号时钟频率的平滑微调，产生更新的系统同步时钟；

[0016] 所述电压控制振荡器与所述主控芯片通信连接，所述电压控制振荡器向所述主控芯片传送更新的系统同步时钟，所述主控芯片依据更新的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。

[0017] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述音视频输入信号和所述音视频输出信号为HDMI信号；所述第一信号转换单元为HDMIRxphy芯片；所述第二信号转换单元为HDMI Tx phy芯片；所述信号输入接口为HDMI输入接口，所述信号输出接口为HDMI输出接口。

[0018] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述数模转换电压调整单元包括D/A芯片。

[0019] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述数模转换电压调整单元包括PWM发生器和低通滤波电路。

[0020] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述第二信号转换单元连接有多个信号输出接口；所述多个信号输出接口被所述主控芯片选择性使能选通。

[0021] 本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统，优选地，所述数字音视频信号时钟同步系统设置于一个壳体装置中，所述信号输入接口、所述信号输出接口设置于所述壳体装置上；所述主控芯片、所述闭环反馈器、所述第一信号转换单元、所述第二信号转换单元内置于所述壳体装置中。

[0022] 上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

[0023] 本实用新型提供一种数字音视频信号时钟同步系统，具有较为简单的结构、较低的系统成本和较高的实用性，无需复杂的DSP重采样机制，且适用于数字音视频输入信号源在一个或多个输出设备上进行时钟同步播放的场景，且可以做到实时动态调整，多个输出同时向一个输入进行动态同步调整，使得一个输入与多个输出信号时钟之间保持高效的时钟同步。附图说明

[0024] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

[0025] 图1是本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统结构简要示意图；

[0026] 图2是本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统中闭环反馈器相关结构的简要示意图；

[0027] 图3是本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统中时钟同步原理的简要示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

[0029] 实施例1：

[0030] 实际应用中，输出显示装置接收频率与音视频源信号采样时钟不同步时，一般显示装置会按照固定频率接收信号，严重影响输出效果，容易产生音、视频不同步的现象。为了解决数字音视频信号的输入输出时钟一致性，并可在若干个显示设备上实施音视频的时钟同步，本实用新型提供一种数字音视频信号时钟同步系统，参照图1，包括：

[0031] 主控芯片1，用于实施数字音频信号的输入输出同步控制；

[0032] 第一信号转换单元2，与所述主控芯片1通信连接，用于传送待处理的音视频输入信号至所述主控芯片1，并输出用于表达信号源频率及刷新速率的输入帧同步信号；所述第一信号转换单元2上连接有用于接收外部音视频输入信号的信号输入接口3；

[0033] 第二信号转换单元4，与所述主控芯片1通信连接，用于接收所述主控芯片1产生的输出帧同步信号和待输出音视频信号，所述输出帧同步信号用于表达输出至显示装置上的信号频率及刷新速率；所述第二信号转换单元4上连接有用于输出音视频信号的信号输出接口5；

[0034] 闭环反馈器6，分别与所述主控芯片1、所述第一信号转换单元2及所述第二信号转换单元4通信连接；

[0035] 所述闭环反馈器6实时接收所述输入帧同步信号及所述输出帧同步信号、执行相位比较，并对输出帧同步信号的信号频率进行动态调整，产生更新的系统同步时钟；所述闭环反馈器6将更新的系统同步时钟传送至所述主控芯片1，所述主控芯片1根据更新后的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。

[0036] 通过本实用新型实施例1提供的上述数字音视频信号时钟同步系统，外部信号源可以通过信号输入接口3输入，通过第一信号转换单元2转换为主控芯片1所能接收的音视频数据格式，同时第一信号转换单元2从信号输入接口3接收的数字音视频信号中提取输入帧同步信号传送至闭环反馈器6中，主控芯片1对第一信号转换单元2传送的音视频数字信号进行处理后，会产生一个输出帧同步信号，来表示输出到显示屏幕上信号的频率和刷新速率，经过第二信号转换单元4转换成需要的输出音视频信号，在音视频嵌合的同时，第二信号转换单元4解码输出帧同步信号，将输出帧同步信号传送至闭环反馈器6中进行处理；闭环反馈器6分别与主控芯片1、第一信号转换单元2及第二信号转换单元4通信连接，会实时对接收的输入帧同步信号和输出帧同步信号进行相位比较，根据源信号的时钟调整待输出音视频信号的时钟频率，实现输出向输入的时钟同步逼近，在此过程中，闭环反馈器6会不断地调整输出音视频信号的同步时钟频率，以期实时逼近输入源信号，当存在多组待输出至显示设备的音视频输出信号时，可以对多个输出提取帧同步信号进入闭环反馈器6进行动态频率调整，使得输入与多个输出相互之间能够维持同步状态。

[0037] 对于本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统，闭环反馈器6的结构和功能只要能够实现实时接收输入帧同步信号及输出帧同步信号，执行相位比较，并对输出帧同步信号的时钟频率进行动态调整，同时，闭环反馈器6将动态调整后的输出帧同步信号传送至主控芯片1，主控芯片1根据闭环反馈器6不断更新的系统时钟来动态调整所述输出帧同步信号即可实现输出信号围绕输入同步信号进行摆动，以实时趋于同步，这是本领域技术人员基于本实用新型实施例1提供的方案能够清楚理解并实施的，在此不予赘述。作为一种优选的实施方式，参照图2，所述闭环反馈器6包括：

[0038] 相位比较器61，分别与所述第一信号转换单元2、所述第二信号转换单元4通信连接，用于接收所述第一信号转换单元2的输入帧同步信号及所述第二信号转换单元4的输出帧同步信号并进行动态相位比较，根据超前或滞后结果产生电压调整数字信号；

[0039] 数模转换电压调整单元62，与所述相位比较器61通信连接，用于接收所述相位比较器61的电压调整数字信号，转换为电压控制模拟信号；

[0040] 电压控制振荡器63，与所述数模转换电压调整单元62通信连接，用于接收所述数模转换电压调整单元62的电压控制模拟信号，通过内部石英晶体振荡器实现频率的平滑微调，产生更新的系统同步时钟；

[0041] 所述电压控制振荡器63与所述主控芯片1通信连接，所述电压控制振荡器63向所述主控芯片1传送更新的系统同步时钟，所述主控芯片1依据更新的系统同步时钟动态调整所述输出帧同步信号。

[0042] 通过本实用新型实施例1提供的上述闭环反馈器6结构，相位比较器61能够对收到的输入帧同步信号及输出帧同步信号进行动态相位比较，根据超前或滞后结果产生电压调整信号即可，具体的超强或滞后相位调整可以设计相应的控制电路或算法，即相位比较器61可以是硬件芯片也可以是软件算法，只要能够实现参考信号及输出信号的相位比较并转换为电压调整数字信号即可，这是本领域技术人员根据本实用新型提供的数字音视频信号时钟同步系统的结构能够进一步理解并设计的。数模转换电压调整单元62接收相位比较器
61的电压调整数字信号，驱动控制电压控制振荡器63进行时钟频率调节，对于数模转换电压调整单元62，可以选用D/A芯片，也可以采用PWM发生器和低通滤波电路的组合电路结构，来提供电压控制振荡器63的可变电压。接着，电压控制振荡器63接收数模转换电压调整单元62的电压控制模拟信号后，会基于内部电路实现系统时钟信号频率的平滑微调，电压控制振荡器63(VCXO)，其通过内部石英晶体振荡器，基于外部施加的控制电压改变变容二极管的电容量来牵引石英晶体振荡频率，使得振荡频率可调，并将更新后的系统时钟传送至主控芯片1，触发主控芯片1实时动态更新待通过第二信号转换单元4的输出的音视频帧同步信号，整个闭环反馈器6是一个不断进行输入输出动态比较的单元。通过相位比较，如果输出帧同步信号优先于输入帧同步信号，则可以相应通过电路或算法调低数模转换电压调整单元62的电压，以降低电压控制振荡器63的输出频率，产生更新的系统同步时钟频率，并将该频率传送至主控芯片1，更新待输出音视频信号的帧同步信号频率，驱动输出向输入逼近。否则，如果实时的输出帧同步信号滞后于输入帧同步信号，则可以调高数模转换电压调整单元62的驱动电压，以进一步带动电压控制振荡器63提高对于输出帧同步信号的时钟频率调节，使得在输出帧同步信号相位滞后时，能够使得时钟信号逼近输入源信号时钟进行同步。

[0043] 本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统，既可以实现一个输出与输入的时钟同步，也可以实现多个输出与输入的时钟同步逼近，当源音视频信号需要在多个显示装置中进行同步显示时，例如同时在TV设备及穿戴式设备同步时，主控芯片1中可以包括有信号分离装置，并产生多个输出帧同步信号，第二信号转换单元4提取主控芯片1产生的多个输出帧同步信号传至相位比较器61中进行实时比较并调控，使得多个输出帧同步信号可以向一个输入同步进行调整，则多个输出相互之间也可采用本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统进行同步，该过程的简要原理示意图参照图3所示。利用本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统结构，通过调整、收敛，最终多个输出帧同步信号将围绕输入帧同步信号为基础进行摆动且不会大幅度偏离输入，在20us范围内动态同步，具有较强的可靠性和实用性。

[0044] 对于本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统，输入输出的音视频数据信号格式不做具体限定，作为一种实施方式，可以是HDMI音视频信号，其是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号，HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视、游戏主机、综合扩大机、数字音响与电视机等设备，HDMI可以同时采用同一条线材发送音频和视频信号，大大简化了系统线路的安装难度。另一方面，大多生产商在电视、电脑等影音电子产品上都加装了HDMI接口，已经成为目前多媒体设备的标配接口，HDMI接口已经有成为数字影音产品的必配接口之一的趋势。将输入输出的音视频数据格式优选为HDMI信号，使得本实用新型实施例1提供的数字音频信号时钟同步系统对于当前的多领域应用具有更强的适应性和市场泛化性。相应地，信号输入接口3为HDMI输入接口，信号输出接口5为HDMI输出接口，第一信号转换单元2可以是用于将HDMI输入接口接收的HDMI信号转换为例如包含有输入帧同步信号的Y/Cb/Cr信号的HDMI Rx Phy芯片(Y信号为亮度信号，Cb/Cr信号为色差信号，转换的信号类型取决于主控芯片1的算法要求，不作为对第一信号转换单元2的具体限定，例如转换为BT1120信号，但主控芯片1所处理的数字数据信号格式不作为对本实用新型实施例1所提供方案的具体限定，这是本领域技术人员能够理解的)，相应地，作为一种实施方式，第二信号转换单元4可以是用于将时钟同步处理后的音视频信号单向转换为HDMI信号的HDMI Tx Phy芯片。主控芯片1不限于具体的型号，可以采用单片机芯片，通过总线控制第二信号转换单元4将处理好的信号发送至HDMI输出接口，供相应的设备显示播放，只要能够实现对输入输出的音视频数据信号进行处理和实时的时钟同步处理即可，不限于具体的型号，是本领域技术人员能够理解的，选型时可以优选为音视频处理能力强，误码率低，传输速率快，处理频宽高，支持多通道高精度数字音频输出，提供标准输出接口及扩展接口，且功耗较低的芯片。

[0045] 优选地，本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统中，第二信号转换单元4连接有多个信号输出接口5，多个信号输出接口5主控芯片1选择性使能选通。这样一来，从信号输入接口3输入的外部信号源信号，主控芯片1能够选通使能一个或多个信号输出接口5进行同步输出，可以实现对音视频输入信号源的灵活多路扩展和多台设备高效的并行同步输出。

[0046] 考虑到本实用新型实施例1提供的数字音视频信号时钟同步系统的便携性和即插即用性，优选地，所述数字音频信号时钟同步系统设置于一个壳体装置中，所述信号输入接口3、所述信号输出接口5设置于所述壳体装置上；所述主控芯片1、所述闭环反馈器6、所述第一信号转换单元2、所述第二信号转换单元4内置于所述壳体装置中。如此一来，通过将信号输入接口3、所述信号输出接口5、所述主控芯片1、所述闭环反馈器6、所述第一信号转换单元2和所述第二信号转换单元4集成于一个壳体装置中，构成一个可灵活移动的装置，移植性高，通用性好。

[0047] 对于本实用新型说明书中述及的通信连接可以通过有线或无线方式进行数据传输或信号传输，所述的电性连接可以采用集成电路、电线等多种方式，且省去了一定的关于驱动电路、放大电路等功能性电路的描述，对于本实用新型说明书中述及的实施方法，可以基于公开的思路实现电路设计或程序化控制，对于所属领域技术人员来说是能够理解的，并不影响本领域技术人员依据本实用新型公开的产品或系统架构及得到具体层面的技术方案，这是本领域技术人员清楚和理解的。

[0048] 本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

[0049] 以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

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