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CN106937157B - 跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法 - Google Patents

跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法 Download PDF

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CN106937157B CN201710216435.3A CN201710216435A CN106937157B CN 106937157 B CN106937157 B CN 106937157B CN 201710216435 A CN201710216435 A CN 201710216435A CN 106937157 B CN106937157 B CN 106937157B
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Abstract

本发明公开了一种跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法，该装置包括视频信息测量装置、目的时钟域装置、两级寄存器、片上存储器、视频信息装置、新的视频调节装置、新的同步信号产生装置等。本发明能解决视频数据异步时钟域时需要外部存储器作为帧Buffer的问题。本发明视频数据跨异步时钟域传输不需要片外存储器，并且不需要手动配置目的时钟域中的Timing信息。

Description

跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种自动同步的装置及其操作方法，特别是涉及一种跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法。
背景技术
在数字视频的传输与处理领域，通常系统输入的视频数据信号与处理/输出的视频信号不在同一个时钟域。通常采用在一个时钟域（源时钟域）将输入的视频数据存入到外部DDR存储器中的帧Buffer中，然后再另一个时钟域（目的时钟域）将外部DDR存储器中帧Buffer中的数据取出的方式来完成跨时钟域的同步。这种方法的缺点是需要外部有比较大的存储器。如果外部没有较大的带宽比较高的存储器，就无法实现视频信号的跨时钟域的传输。这就限制了系统的灵活性，提高了视频系统的成本。
还有一种方式不需要外部的存储器，采用片内的行Buffer来同步。这种方法需要比较大的片上存储器，并且由于异步时钟的偏差的积累会造成buffer的溢出，这就需要复杂的溢出处理逻辑，否则会造成视频数据出错。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种跨时钟域视频自动同步的装置及其操作方法，其能够解决视频数据异步时钟域时需要外部存储器作为帧Buffer的问题。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种跨时钟域视频自动同步的装置，其包括视频信息测量装置、目的时钟域装置、两级寄存器、片上存储器、视频信息装置、新的视频调节装置、新的同步信号产生装置，视频信息测量装置测量出源时钟域下的视频信号的信息，目的时钟域装置将测得的源时钟域下的视频信息可靠地传递到目的时钟域中的新的视频调节装置，两级寄存器将视频同步信号传递到目的时钟域中的视频信息装置，片上存储器将源时钟域下的有效视频信息存储起来，并供目的时钟域下读取，同时会根据写入与读取操作产生空溢出标志与满溢出标志送给新的视频调节装置，视频信息装置测量出送过来的视频同步信号，从而得到视频信息，并送给新的视频调节装置，新的视频调节装置根据源时钟域下视频信息测量装置测的的视频信息、目的时钟域下视频信息装置测的源视频同步信号的视频信息，以及片上存储器的空或满标志，动态的调节产生新的视频参数，送到新的同步信号产生装置，产生新的视频同步信号，新的同步信号产生装置根据新的视频调节装置送来的视频参数，产生新的视频同步信号。
本发明还提供一种跨时钟域视频自动同步的装置的操作方法，其包括以下步骤：步骤一，先使源时钟域与目的时钟域中的一行视频信息的时间尽可能的相等，调整hblank的大小；然后根据源时钟与目的时钟的最大偏差确定△t的最大值；再根据该值确定系统需要的片上存储器的大小；步骤二，在确定的片上存储器的大小的基础上，通过自动调节目的时钟域中视频一行时间的长短，来保证一帧时间内的vtotal*△t/period_clk_dst不会大于选定的片上存储器的大小而造成溢出；步骤三，测量出源时钟域下视频的信息；步骤四，将视频流的有效数据存入片上存储器；步骤五，将源时钟域下的视频信息同步到目的时钟域下，同时将视频同步信号同步到目的时钟域下；步骤六，在目的时钟域下测量出由源时钟域传递过来的视频同步信号所对应的视频信息；步骤七，使用源时钟下测量的hactive/vactive/vfront_porch/vpluse/vback_porch/vfront_portch，以及目的时钟域下的hback_porch/hfront_porch/hpulse作为目的时钟域下需要的视频信息；步骤八，在目的时钟域下使用新的视频信息重新产生新的视频同步信号；步骤九，根据新的视频同步信号的从片上存储器读取有效视频数据；步骤十，如果在一帧的时间内DE有效期间片上存储器发生空溢出，则增加hback_porch或者hfront_porch或者hpulse；如果片上存储器发生满溢出，则减少hback_porch或者hfront_porch或者hpulse；复位片上存储器，然后跳转到步骤六；如果没有发生片上存储器空满溢出，则标明已经锁定，系统正常工作。
本发明的积极进步效果在于：本发明视频数据跨异步时钟域传输不需要片外存储器，并且不需要手动配置目的时钟域中的Timing信息。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明跨时钟域视频自动同步的装置包括视频信息测量装置1、目的时钟域装置2、两级寄存器3、片上存储器4、视频信息装置5、新的视频调节装置6、新的同步信号产生装置7，视频信息测量装置1测量出源时钟域下的视频信号的信息，目的时钟域装置2将测得的源时钟域下的视频信息可靠地传递到目的时钟域中的新的视频调节装置6，两级寄存器3将视频同步信号传递到目的时钟域中的视频信息装置5，片上存储器4将源时钟域下的有效视频信息存储起来，并供目的时钟域下读取，同时会根据写入与读取操作产生空溢出标志与满溢出标志送给新的视频调节装置6，视频信息装置5测量出送过来的视频同步信号，从而得到视频信息，并送给新的视频调节装置6，新的视频调节装置6根据源时钟域下视频信息测量装置1测的的视频信息、目的时钟域下视频信息装置5测的源视频同步信号的视频信息，以及片上存储器4的空或满标志，动态的调节产生新的视频参数，送到新的同步信号产生装置7，产生新的视频同步信号，新的同步信号产生装置7根据新的视频调节装置6送来的视频参数，产生新的视频同步信号。
本发明跨时钟域视频自动同步的装置的操作方法，其包括以下步骤：
步骤一，先使源时钟域与目的时钟域中的一行视频信息的时间尽可能的相等，调整hblank（行消隐区）的大小；然后根据源时钟与目的时钟的最大偏差确定△t的最大值；再根据该值确定系统需要的片上存储器的大小；
步骤二，在确定的片上存储器的大小的基础上，通过自动调节目的时钟域中视频一行时间的长短，来保证一帧时间内的vtotal*△t/period_clk_dst（帧消隐区除以时钟周期）不会大于选定的片上存储器的大小而造成溢出；
步骤三，测量出源时钟域下视频的信息；
步骤四，将视频流的有效数据存入片上存储器；
步骤五，将源时钟域下的视频信息同步到目的时钟域下，同时将视频同步信号同步到目的时钟域下；
步骤六，在目的时钟域下测量出由源时钟域传递过来的视频同步信号所对应的视频信息；
步骤七，使用源时钟下测量的hactive/vactive/vfront_porch/vpluse/vback_porch/vfront_portch（行有效数/帧有效行数/帧前肩/帧同步/帧后肩/），以及目的时钟域下的hback_porch/hfront_porch/hpulse（行后肩/行前肩/行同步）作为目的时钟域下需要的视频信息；
步骤八，在目的时钟域下使用新的视频信息重新产生新的视频同步信号；
步骤九，根据新的视频同步信号的从片上存储器读取有效视频数据；
步骤十，如果在一帧的时间内DE有效期间片上存储器发生空溢出，则增加hback_porch（行后肩时间）或者hfront_porch（行前肩时间）或者hpulse。如果片上存储器发生满溢出，则减少hback_porch或者hfront_porch或者hpulse。复位片上存储器，然后跳转到步骤六。如果没有发生片上存储器空满溢出，则标明已经锁定，系统正常工作。
跨时钟域视频自动同步的装置需要存储最大vtotal*△t/period_clk_dst（帧总行数除以时钟周期）个像素的片上存储器，更为简单。
为了保证目的时钟域（相对于输入时钟域，也就是源时钟域而言）视频的Timng（时序）信息（如front_porch/back_porch/pulsewidth等）不在传输的期间发生变化（即工作期间htotal/vtotal/hactiv/vactive保持稳定，有些视频系统需要此要求），源时钟域中一行视频持续的时间应该与目的时钟域一行视频持续的时间尽可能的相等（当两个时钟域同步时，二者相等）。这样一帧视频的时间内，积累的时间误差会较小，所需要的视频数据缓存也就最小。由于异步时钟的特性，源时钟域目的时钟的频率无法做到完全相同，所以源时钟域内一行视频的时间t_line_src一般不等于目的时钟域内一行视频的时间t_line_dst，二者会有一个偏差△t(大于0或者小于0)。在一帧的时间内，二者的误差积累为vtotal*△t，换算成目的时钟的周期数N=vtotal*△t/period_clk_dst。
本发明的一种实施例如下所示：此实施例为当hfront_porch较小，而hpulse/hback_porch较大时的一种情况。
所有指向stb（复位）状态的箭头的条件都是~full&~emtpy（满，空）。
开始工作时，从IDLE态跳转到Init态。得到新的源时钟域视频Timing信息与目的时钟域下测的的源视频Timing信息后，在每帧的开始时，根据上一帧中存储模块产生的空满溢出标志full/empty确定要跳转的状态。当存储器模块为不空也不满，没有溢出时（~full&~empty）,状态跳转到stb,标明装置已经调整完毕，进入稳定状态；当存储器模块发生空溢出时，跳转到inc_back,增加hback_porch的值；当存储器发生满溢出时，跳转到dec_back状态，减少hback_porch的值；
在inc_back状态下，每帧开始时，根据上一帧中存储模块产生的空满溢出标志full/empty确定要跳转的状态。当存储器模块为不空也不满，没有溢出时（~full&~empty）,状态跳转到stb,标明装置已经调整完毕，进入稳定状态；当存储器发生空溢出时，跳转到inc_pls状态，增加hpulse的值，来轮流增加hback_porch与hpulse的值，防止只增大某一参数的值；当存储器发生满溢出时，跳转到dec_back状态，减少hback_porch的值；
在inc_pls状态下，每帧开始时，根据上一帧中存储模块产生的空满溢出标志full/empty确定要跳转的状态。当存储器模块为不空也不满，没有溢出时（~full&~empty）,状态跳转到stb,标明装置已经调整完毕，进入稳定状态；当存储器发生空溢出时，跳转到inc_back状态，增加hback_porch的值，来轮流增加hback_porch与hpulse的值，防止只增大某一参数的值；当存储器发生满溢出时，跳转到dec_back状态，减少hback_porch的值；
在dec_back状态下，每帧开始时，根据上一帧中存储模块产生的空满溢出标志full/empty确定要跳转的状态。当存储器模块为不空也不满，没有溢出时（~full&~empty）,状态跳转到stb,标明装置已经调整完毕，进入稳定状态；当存储器模块为满溢出其调整后的hback_porch大于1时，跳转到dec_pls状态，减少hpulse的值，来轮流减少hback_porch与hpulse的值，防止只减少某一参数的值；
在dec_plse状态下，每帧开始时，根据上一帧中存储模块产生的空满溢出标志full/empty确定要跳转的状态。当存储器模块为不空也不满，没有溢出时（~full&~empty）,状态跳转到stb,标明装置已经调整完毕，进入稳定状态；当存储器模块为满溢出其调整后的hpulse大于1时，跳转到dec_back状态，减少hback_porch的值，来轮流减少hback_porch与hpulse的值，防止只减少某一参数的值；当存储器为满溢出且调整后的hpulse与hback_porch都小于2，则跳转到init状态，重新测量新的源时钟域视频Timing信息与目的时钟域下测的的源视频Timing信息。
在stb状态下，标明源时钟域视频Timing已经与目的时钟域时评Timing锁定。如果存储器又发生空满溢出，则跳转到init（初始）状态，重新测量新的源时钟域视频Timing信息与目的时钟域下测的的源视频Timing信息。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种跨时钟域视频自动同步的装置，其特征在于，其包括视频信息测量装置、目的时钟域装置、两级寄存器、片上存储器、视频信息装置、新的视频调节装置、新的同步信号产生装置，视频信息测量装置测量出源时钟域下的视频信号的信息，目的时钟域装置将测得的源时钟域下的视频信息可靠地传递到目的时钟域中的新的视频调节装置，两级寄存器将视频同步信号传递到目的时钟域中的视频信息装置，片上存储器将源时钟域下的有效视频信息存储起来，并供目的时钟域下读取，同时会根据写入与读取操作产生空溢出标志与满溢出标志送给新的视频调节装置，视频信息装置测量出送过来的视频同步信号，从而得到视频信息，并送给新的视频调节装置，新的视频调节装置根据源时钟域下视频信息测量装置测得的视频信息、目的时钟域下视频信息装置测的源视频同步信号的视频信息，以及片上存储器的空或满标志，动态地调节产生新的视频参数，送到新的同步信号产生装置，产生新的视频同步信号，新的同步信号产生装置根据新的视频调节装置送来的视频参数，产生新的视频同步信号；
其操作方法包括以下步骤:
步骤一，先使源时钟域与目的时钟域中的一行视频信息的时间尽可能的相等，调整hblank的大小；然后根据源时钟与目的时钟的最大偏差确定△t的最大值；再根据该值确定系统需要的片上存储器的大小；
步骤二，在确定的片上存储器的大小的基础上，通过自动调节目的时钟域中视频一行时间的长短，来保证一帧时间内的vtotal*Δt/period_clk_dst不会大于选定的片上存储器的大小而造成溢出；
步骤三，测量出源时钟域下视频的信息:
步骤四，将视频流的有效数据存入片上存储器:
步骤五，将源时钟域下的视频信息同步到目的时钟域下，同时将视频同步信号同步到目的时钟域下；
步骤六，在目的时钟域下测量出由源时钟域传递过来的视频同步信号所对应的视频信息:
步骤七，使用源时钟下测量的hactive/vactive/vfront_porch/vpluse/vback_porch/vfront_portch，以及目的时钟域下的hback_porch/hfront_porch/hpuise作为目的时钟域下需要的视频信息；
步骤八，在目的时钟域下使用新的视频信息重新产生新的视频同步信号:
步骤九，根据新的视频同步信号的从片上存储器读取有效视频数据；
步骤十，如果在一帧的时间内DE有效期间片上存储器发生空溢出，则增加hback_porch或者hfront_porch或者hpulse；如果片上存储器发生满溢出，则减少hback_porch或者hfront_porch或者hpulse；复位片上存储器，然后跳转到步骤六；如果没有发生片上存储器空满溢出，则标明己经锁定，系统正常工作；
其中hblank为行消隐区；vtotal*Δt/period_clk_dst为帧总行数除以时钟周期；hactive/vactive/vfront_porch/vpluse/vback_porch/vfront_portch为行有效数/帧有效行数/帧前肩/帧同步/帧后肩；hback_porch/hfront_porch/hpuise为行后肩/行前肩/行同步；hback_porch为行后肩；hfront_porch为行前肩。
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