基于arinc798的視頻仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于arinc798的視頻仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0fc-av概述新一代的航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字視頻的傳輸帶寬和質(zhì)量提出了更高的要求。為了滿(mǎn)足日益緊迫的需求以及關(guān)鍵數(shù)字視頻傳輸?shù)男枨螅娇蘸教祀娮游瘑T會(huì)（aeec）于2007年1月正式發(fā)布了安迅818視頻傳輸協(xié)議。安迅818（advb）是基于光纖通道協(xié)議和fc-av協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)制定的。它主要用于開(kāi)發(fā)高帶寬、低延遲和不規(guī)則數(shù)字視頻傳輸。光纖通道(FC)具有低延遲和高帶寬的特性,其高達(dá)16G的帶寬為大容量的音視頻傳輸提供了可能。FC-AV是基于FC的光纖音視頻傳輸協(xié)議,通過(guò)容器系統(tǒng)規(guī)定了數(shù)字音視頻映射到FC幀的規(guī)則。FC-AV與FC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)一致,共有5層,如圖1所示。雖然FC-AV協(xié)議已經(jīng)在F18和C130AMP等軍用機(jī)型中得到了應(yīng)用,但每個(gè)協(xié)議都是定制的,不能互相兼容。ARINC818協(xié)議是基于FC-AV協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的,是對(duì)FC-AV協(xié)議內(nèi)容的簡(jiǎn)化,也是專(zhuān)門(mén)針對(duì)航空電子視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)制定的國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),為高速視頻系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化提供了機(jī)會(huì)。1advb幀結(jié)構(gòu)ARINC818是針對(duì)高帶寬、低成本開(kāi)發(fā)的視頻接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),滿(mǎn)足了高性能數(shù)字視頻傳輸?shù)男枨?在國(guó)外已被波音787和空客A400M采納使用。在國(guó)內(nèi)軍用航空領(lǐng)域,該標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)得到應(yīng)用,是未來(lái)航空視頻傳輸領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。ADVB幀是ARINC818協(xié)議的基本傳輸單元,ADVB幀格式與FC格式一致,由一個(gè)SOFx指令(4字節(jié))開(kāi)始,以一個(gè)EOFx指令(4字節(jié))結(jié)束。ADVB幀頭由24字節(jié)組成,幀頭字節(jié)描述了源地址、目的地址和隊(duì)列中的具體位置等幀屬性。數(shù)據(jù)載荷最大可容納2112個(gè)字節(jié),ADVB幀中的CRC同光纖通道中的定義一致,由一個(gè)4字節(jié)組成的32位光纖字組成,用于校驗(yàn)SOFx和CRC之間的數(shù)據(jù)的完整性。ADVB幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。ARINC818像FC-AV一樣定義了容器結(jié)構(gòu),一個(gè)視頻幀是通過(guò)一個(gè)ADVB容器傳輸?shù)?視頻幀與ADVB容器是一對(duì)一映射關(guān)系,一個(gè)ADVB容器中包括一系列的ADVB幀,容器中ADVB幀數(shù)的多少由視頻傳輸?shù)姆直媛蕸Q定。ADVB容器由容器頭和對(duì)象兩部分組成。容器頭包括容器的一些具體屬性信息,它由22個(gè)32位字來(lái)定義,而容器中的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)象來(lái)承載傳輸。ADVB定義了4個(gè)對(duì)象:Object0,Object1,Object2和Object3。Object0是一個(gè)單獨(dú)的ADVB幀用來(lái)承載輔助數(shù)據(jù),Object2和Object3承載視頻數(shù)據(jù)。ADVB容器結(jié)構(gòu)如圖3所示。2復(fù)雜航空電子視頻傳輸系統(tǒng)為了適應(yīng)當(dāng)前階段日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,需要為飛行員和乘員以圖像或視頻形式提供大量的信息,通過(guò)ARINC818傳輸協(xié)議組建復(fù)雜的視頻傳輸系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)包括雷達(dá)、紅外傳感器、飛行器記錄儀、光學(xué)相機(jī)、圖像融合系統(tǒng)、合成視覺(jué)、平視顯示器和低頭多功能顯示器、視頻集中器和其他子系統(tǒng)。視頻系統(tǒng)用于滑行和起飛輔助、貨物裝載、導(dǎo)航、目標(biāo)跟蹤、碰撞避免和其他關(guān)鍵功能。復(fù)雜航空電子視頻傳輸系統(tǒng)框圖如圖4所示。為了充分驗(yàn)證機(jī)載復(fù)雜圖像傳輸網(wǎng)路的功能和性能,需要在地面搭建視頻仿真系統(tǒng),模擬機(jī)上設(shè)備的視頻傳輸狀態(tài)。3arinc818視頻仿真設(shè)備結(jié)構(gòu)組成ARINC818視頻仿真設(shè)備應(yīng)用于地面測(cè)試環(huán)境,用于將工控機(jī)主機(jī)顯卡輸出的DVI信號(hào)轉(zhuǎn)換成ARINC818信號(hào),并通過(guò)光纖傳輸?shù)娇山邮誂RINC818信號(hào)的顯示器進(jìn)行顯示。ARINC818視頻仿真設(shè)備結(jié)構(gòu)組成如圖5所示。根據(jù)應(yīng)用需求,該方案需實(shí)現(xiàn)以下功能:具有1路DVI接收端口和2路互為冗余的ARINC818光纖端口;支持輸入DVI信號(hào),并轉(zhuǎn)換為ARINC818信號(hào)輸出;DVI連接器為DVI-I形式,ARINC818光連接器為SFP形式;支持的ARINC818信號(hào)分辨率最大為1920×1080,分辨率可配置,默認(rèn)為1280×1024,60Hz,24bit(8︰8︰8);視頻信號(hào)掃描方式:逐行掃描,從上到下,從左到右;光纖波長(zhǎng):850nm;連接速率:4.25Gbps。3.1圖1:美國(guó)監(jiān)獄警察-區(qū)視頻仿真設(shè)備采用機(jī)架式工控機(jī),插裝標(biāo)準(zhǔn)PCIe結(jié)構(gòu)的視頻卡,功能框圖如圖6所示。視頻卡的功能是將DVI信號(hào)轉(zhuǎn)換成ARINC818信號(hào),視頻數(shù)據(jù)處理流程如圖7所示。采用TI公司的TFP401型號(hào)的DVIReceiver將DVI信號(hào)解碼,生成RGB24bit視頻源數(shù)據(jù)和場(chǎng)同步信號(hào)、行同步信號(hào)等視頻控制信號(hào),輸入到XilinxArtix-7FPGA進(jìn)行處理,FPGA將視頻源數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,存入ARINC818數(shù)據(jù)幀的payload字段,通過(guò)FPGA的GTX接口再輸出到SFP光模塊,經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換之后發(fā)送到外部光纜,光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖介質(zhì)傳播到顯示器端,進(jìn)而由顯示器的內(nèi)部電路處理后,將視頻圖像顯示出來(lái)。3.2fcmacFPGA設(shè)計(jì)主要包括FCMAC、ARINC818協(xié)議處理單元:RGB信號(hào)通過(guò)DVI接口進(jìn)入ARINC818協(xié)議處理單元完成ARINC818協(xié)議封裝;ARINC818MAC完成發(fā)送方向的FC-0、FC-1層接協(xié)議,包括8b/10b編碼、并串轉(zhuǎn)換等,最后把高速位串流通過(guò)SERDES接口輸出至光模塊。FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)框圖如圖8所示。在整個(gè)FPGA系統(tǒng)中,FCMAC模塊位于Xilinx的GTX硬核之上,Ingress/Egress模塊之下。主要完成下列3項(xiàng)功能:FC接收狀態(tài)機(jī):接收來(lái)自GTX收發(fā)器的數(shù)據(jù)信號(hào)以及K字符狀態(tài)信號(hào),將接收信號(hào)與其內(nèi)部的同步脈沖進(jìn)行對(duì)齊,產(chǎn)生32位信號(hào)輸出,并維護(hù)鏈路的同步狀態(tài)。FC端口狀態(tài)機(jī):實(shí)現(xiàn)了一個(gè)符合FibreChannel網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的鏈路狀態(tài)機(jī),此外還能根據(jù)端口的狀態(tài)形成發(fā)送信號(hào)流。FC成幀:對(duì)接收到的信號(hào)(數(shù)據(jù)和原語(yǔ))進(jìn)行解析,形成幀級(jí)數(shù)據(jù)輸出以及各種數(shù)據(jù)狀態(tài)信號(hào)。4視頻數(shù)據(jù)advb在試驗(yàn)室搭建仿真環(huán)境,DVI數(shù)據(jù)源分別選擇標(biāo)準(zhǔn)的豎條紋RGB數(shù)據(jù)和DVI視頻數(shù)據(jù),視頻數(shù)據(jù)通過(guò)仿真設(shè)備按ARINC818協(xié)議完成ADVB幀封裝,通過(guò)光模塊發(fā)送至綜合顯示終端的光纖接收模塊,最終在顯示器上恢復(fù)顯示圖像?；?/p>