CN104506888B - 时钟同步装置、方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种时钟同步装置、方法和系统，该装置包括视频源端和分布式处理器；分布式处理器中包括主控制器；视频源端的数字视频输出接口与分布式处理器的数字视频输入接口连接；视频源端将串行数字视频数据和时钟信号通过数字视频输出接口输出给数字视频输入接口；分布式处理器的数字视频输入接口用于将高速串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号，并输出给主控制器；主控制器用于根据本地时钟对视频同步信号进行计数，生成同步于视频同步信号的秒脉冲；根据该秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据时钟漂移修正参数对本地时钟进行修正，从而达到系统时钟同步。本发明的同步技术精度高，并且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及时钟同步技术领域，特别是涉及一种时钟同步装置、一种时钟同步方法，以及一种时钟同步系统。
背景技术
在分布式系统中，时钟同步是保证系统工作正常以及提高系统整体性能的关键所在，也是分布式系统中研究的重点之一。
所谓系统时钟同步，并不是要求各时钟完全与统一标准时钟对齐，只要求各分布数据处理节点知道各自时钟与系统标准时钟在比对时刻的钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即可。根据获得的时钟漂移修正参数修正本地的时钟，或调整本地工作节凑，以达到同步工作的目的。
拼接墙大屏幕分布式处理器系统是一种典型的分布式系统应用。视频源可通过分布式处理器(即视频编解码终端)采集输入，同时分布式处理器可通过网络获取编码的视频数据并进行处理，处理完成后的视频数据同步传输至拼接墙大屏幕显示。分布式处理器是拼接墙大屏幕的控制和处理核心，同步的性能直接影响大屏幕的视频显示效果，如因同步性能差可能出现屏幕间画面跳帧、抖动等现象。
通常的，分布式处理器同步技术有：
a)基于1588v2标准同步以太网同步。可分为软件和硬件两种形式。软件实现同步以太网同步是指通过分布式处理器系统软件实现1588v2同步以太网标准协议数据包处理分析，最终实现同步，此方法同步性能依赖于CPU处理能力及操作系统的实时性；硬件实现则采用带有1588v2同步以太网功能的以太网物理层芯片来完成标准协议数据的处理分析以实现同步，此方法虽然可减少对CPU及操作系统的依赖，但需将每个分布式处理器的以太网物理层芯片变更为支持1588v2同步以太网功能的芯片，增加了分布式处理器的成本。需特别指出的，同步以太网同步性能还容易受到网络拓扑结构和网络传输的影响，同步性能难以得到较好的保证。
b)专有时钟同步接口同步。此同步技术需根据同步的要求设计专有的同步接口，并通过专有的线缆传输同步时钟，以实现同步。此方法能达到较高的同步精度，但需增加分布式处理的硬件成本同时还需布设专门的线缆，大大的提高了拼接墙大屏幕的使用成本。
以下是目前主要的同步方案的比较：
发明内容
基于此，本发明提供一种时钟同步装置、方法和系统，其同步精度高，并且成本低。
一种时钟同步装置，包括视频源端和分布式处理器；所述分布式处理器中包括主控制器；
所述视频源端的数字视频输出接口与所述分布式处理器的数字视频输入接口连接，所述数字视频输入接口与所述主控制器连接；
所述视频源端将串行数字视频数据和时钟信号通过所述数字视频输出接口输出给所述分布式处理器的数字视频输入接口；
所述分布式处理器的数字视频输入接口用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号，并输出给所述主控制器；
所述主控制器用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
一种时钟同步方法，包括如下步骤：
接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
一种时钟同步系统，包括：
接收模块，用于接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
转换模块，用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
秒脉冲生成模块，用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
计算模块，用于根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
修正模块，用于根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
上述时钟同步装置，视频源端通过数字视频输出接口与所述分布式处理器的数字视频输入接口连接，并输出串行数字视频数据和时钟信号，分布式处理器的数字输入接口可进行串并转换，从而将时钟信号转换为视频同步信号，接着由主控制器根据本地时钟对所述视频场同步信号进行计数，生成同步于所述视频场同步信号的秒脉冲；根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正；本发明装置的处理过程均由硬件处理，减少了对软件的依赖性，同步精度得到了较大的提高；并且，分布式处理器与视频源端通过高清数字视频输入输出接口连接即可，不需增加额外的硬件成本。
上述时钟同步方法和系统，在数字视频数据中附加时钟信号，根据时钟信号获得视频同步信号，根据视频同步信号可检测出秒脉冲，通过秒脉冲可精确计算得到本地时钟的时钟漂移修正参数，根据该时钟漂移修正参数能精确修正本地时钟；本发明能对本地时钟进行精确修正，从而达到时间同步，并保证较高的同步精度。
附图说明
图1为本发明时钟同步装置在第一实施方式的结构示意图。
图2为本发明时钟同步装置在第二实施方式的结构示意图。
图3为本发明时钟同步装置在第三实施方式的结构示意图。
图4为本发明时钟同步方法在一实施例中的流程示意图。
图5为本发明时钟同步系统在一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，是本发明一种时钟同步装置在第一实施方式的结构示意图，本实施例的时钟同步装置可应用于拼接墙场景，包括视频源端和分布式处理器；所述分布式处理器中包括主控制器；
所述视频源端的数字视频输出接口与所述分布式处理器的数字视频输入接口连接，所述数字视频输入接口与所述主控制器连接；
所述视频源端将串行数字视频数据和时钟信号通过所述数字视频输出接口输出给所述分布式处理器的数字视频输入接口；
所述分布式处理器的数字视频输入接口用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号，并输出给所述主控制器；
所述主控制器用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正；
本实施例的时钟同步装置，视频源端通过数字视频输出接口与所述分布式处理器的数字视频输入接口连接，并输出串行数字视频数据和时钟信号；其中，时钟信号可以是嵌入在数字视频数据中传输，也可以分开数据线和时钟线分别传输。分布式处理器的数字输入接口可进行串并转换，从而将时钟信号转换为视频同步信号，接着由主控制器根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正；本实施例的处理过程均由硬件处理，减少了对软件的依赖性，同步精度得到了较大的提高；并且，分布式处理器与视频源端通过高清数字视频输入输出接口连接即可，不需增加额外的硬件成本。
优选地，所述主控制器还用于对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频同步信号的个数，得到所述秒脉冲；
本实施例中，视频同步信号中包含场同步信号和行同步信号，秒脉冲的获取，通过数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数得到。
优选地，所述主控制器还用于：在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数。
优选地，所述时钟同步装置还包括拼接墙，所述主控制器通过视频输出接口与拼接墙连接；
所述主控制器还用于根据修正后的本地时钟，对所述数字视频信号进行解码处理后通过所述视频输出接口输出给所述拼接墙显示；
本地时钟在修正后，可对数字视频信号进行解码等视频处理，处理后输出至拼接墙的显示单元进行显示。
如图2所示，是本发明时钟同步装置在第二实施方式的结构示意图，本实施例的时钟同步装置还包括视频源端、交换机、多个分布式处理器以及拼接墙系统，视频源端可通过以太网接口或者HDMI视频接口输入至编解码终端；若视频源端是远程视频源端，则通过交换机与分布式处理连接；若是本地视频源端，则与其中一个分布式处理器通过数字输入输出接口连接，其他分布式处理器依次通过HDMI视频线缆串接；各个分布式处理器进行时钟同步，对数字视频数据进行解码处理后，通过视频输出接口至拼接墙系统；
本实施例中，由于HDMI高清数字视频数据中内嵌了视频源端的时钟信息，在同步时钟信息嵌入和传输过程均由硬件处理，减少了对软件的依赖性，同步精度得到了较大的提高。另外，本实施例仅将每个分布式处理器通过HDMI视频线缆按照图2串联连接即可，没有增加额外的硬件成本，具有较好的实用性和经济性。
如图3所示，是本发明时钟同步装置在第三实施方式的结构示意图，本实施方式以分布式处理器的内部结构为例进行说明；本实施例的视频源端可包括本地视频源和远程视频源；
本地视频源可通过HDMI接口输入，或通过HDMI回环口输出送给其他编解码终端；
本地视频源经过HDMI接口芯片进行串并转换后输入到FPGA和DSP小系统进行视频信号处理；
远程视频源可通过以太网接口输入；
远程视频源直接进入DSP小系统进行视频编解码处理；
完成处理的视频信号通过DVI视频接口输出至拼接显示屏幕。
本实施例中，HDMI接口为高清数字视频接口，发射端接口芯片将带有视频行场同步信息的数字视频数据并转换后将高速串行数据和时钟信号发送出去，在视频信号传输至接收端时，接收端的接口芯片以接收到的时钟信号为基础实现对高速串行数据的串并转换，最终输出原始视频数据和视频场同步信号(Vsync)等。本实施例，通过FPGA和DSP实现主控制器的功能，通过FPGA接收HDMI接口芯片接收到的视频场同步信号，使用本地的工作时钟对场同步信号进行计数，生成同步于该场同步信号的秒脉冲，并传送给DSP处理器，DSP处理器根据此秒脉冲每秒累加设置系统时间，对秒脉冲的累加，就是直接累加DSP系统的系统时间；运行在DSP系统上的视频处理软件以此系统时间将处理后的视频数据输出至视频输出接口，最终实现系统中各分布式处理器输出视频同步。
如下表所示，是本实施例的时钟同步装置改进前后的性能对比：
如图4所示，本发明一种时钟同步方法在一较佳实施例中的流程示意图，包括如下步骤：
S41、接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
S42、将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
S43、根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
S44、根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
S45、根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
本实施例的时钟同步方法，在数字视频数据中附加时钟信号，根据时钟信号获得视频同步信号，根据视频同步信号可检测出秒脉冲，通过秒脉冲可精确计算得到本地时钟的时钟漂移修正参数，根据该时钟漂移修正参数能精确修正本地时钟；本实施例能对本地时钟进行精确修正，从而保证较高的同步精度。
对于步骤S41、接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
接收从视频源端输入的串行数字视频数据，同时输入的还包括有时钟信号。
对于步骤S42、将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
对于步骤S43、根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
处理器根据本地时钟，对所述视频同步信号进行计数，生成秒脉冲；
在一较佳实施例中，所述根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲的步骤包括：
对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数，得到所述秒脉冲。
对于步骤S44、根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
获得秒脉冲后，可以计算出精确的时钟漂移修正参数。
在一较佳实施例中，所述根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数的步骤包括：
在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数。
对于步骤S45、根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
在获得时钟漂移修正参数后，可对本地时钟进行修正，使得处理器实现时钟同步。
如图5所示，是本发明一种时钟同步系统在一较佳实施例中的结构示意图，包括：
接收模块51，用于接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
转换模块52，用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
秒脉冲生成模块53，用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
计算模块54，用于根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
修正模块55，用于根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正；
本实施例的时钟同步系统，在数字视频数据中附加时钟信号，根据时钟信号获得视频同步信号，根据视频同步信号可检测出秒脉冲，通过秒脉冲可精确计算得到本地时钟的时钟漂移修正参数，根据该时钟漂移修正参数能精确修正本地时钟；本实施例能对本地时钟进行精确修正，从而保证较高的同步精度。
对于接收模块51，用于接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；
接收从视频源端输入的串行数字视频数据，同时输入的还包括有时钟信号。
对于转换模块52，用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
对于秒脉冲生成模块53，用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
处理器根据本地时钟，对所述视频同步信号进行计数，生成秒脉冲；
在一较佳实施例中，所述秒脉冲生成模块53还用于：对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数，得到所述秒脉冲。
对于计算模块54，用于根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
获得秒脉冲后，可以计算出精确的时钟漂移修正参数。
在一较佳实施例中，所述计算模块54还用于：在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数。
对于修正模块55，用于根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正；
在获得时钟漂移修正参数后，可对本地时钟进行修正，使得处理器实现时钟同步。
本发明的时钟同步装置、方法和系统，采用带有时钟信息的高清数字接口传输系统标准时钟，各分布式处理器通过高清数字线缆连接，没有增加额外的硬件成本，具有较好的实用性和经济性。同时，在本发明中，由于高清数字视频信号中内嵌了视频源端的时钟信息，在同步时钟信息嵌入和传输过程均由硬件处理，减少了对软件的依赖性，同步精度得到了较大的提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种时钟同步装置，其特征在于，包括视频源端和分布式处理器；所述分布式处理器中包括主控制器；
所述视频源端的数字视频输出接口与所述分布式处理器的数字视频输入接口连接，所述数字视频输入接口与所述主控制器连接；
所述视频源端将串行数字视频数据和时钟信号通过所述数字视频输出接口输出给所述分布式处理器的数字视频输入接口；其中，所述时钟信号通过嵌入在数字视频数据中传输，或，时钟线传输；
所述分布式处理器的数字视频输入接口用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号，并输出给所述主控制器；
所述主控制器用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；并根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
2.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述主控制器还用于对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数，得到所述秒脉冲。
3.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述主控制器还用于：在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数，并根据时钟漂移修正参数对本地时间进行修正。
4.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，还包括拼接墙，所述主控制器通过视频输出接口与拼接墙连接；
所述主控制器还用于根据修正后的本地时间，对所述数字视频信号进行解码处理后通过所述视频输出接口输出给所述拼接墙显示。
5.一种时钟同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；其中，所述时钟信号通过嵌入在数字视频数据中传输，或，时钟线传输；
将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
6.根据权利要求5所述的时钟同步方法，其特征在于，所述根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲的步骤包括：
对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数，得到所述秒脉冲。
7.根据权利要求5或6所述的时钟同步方法，其特征在于，所述根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数的步骤包括：
在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数。
8.一种时钟同步系统，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收输入的串行数字视频数据和时钟信号；其中，所述时钟信号通过嵌入在数字视频数据中传输，或，时钟线传输；
转换模块，用于将所述串行数字视频数据和时钟信号转换为并行数字视频数据和视频同步信号；
秒脉冲生成模块，用于根据本地时钟对所述视频同步信号进行计数，生成同步于所述视频同步信号的秒脉冲；
计算模块，用于根据所述秒脉冲计算本地时钟的时钟漂移修正参数；
修正模块，用于根据所述时钟漂移修正参数对所述本地时钟进行修正。
9.根据权利要求8所述的时钟同步系统，其特征在于，所述秒脉冲生成模块还用于：对所述视频同步信号中包含的视频场同步信号，根据所述数字视频数据的帧率，利用本地时钟统计单位时间内所述视频场同步信号的个数，得到所述秒脉冲。
10.根据权利要求8或9所述的时钟同步系统，其特征在于，所述计算模块还用于：在单位时间内对所述秒脉冲中的上升沿或下降沿进行累加计数，获得所述时钟漂移修正参数。
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