楊可

摘要：針對航電系統(tǒng)中多種格式圖像傳輸?shù)囊?，設(shè)計了一種基于FC-AV的可配置圖像傳輸系統(tǒng)。首先分析了FC-AV協(xié)議的容器系統(tǒng)，然后描述了圖像傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。在對圖像傳輸需求進行分析和計算的基礎(chǔ)上，介紹了可配置圖像傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)，為同類圖像遠距離傳輸應(yīng)用提供了借鑒的解決方案。

關(guān)鍵詞：FC-AV1；可配置2；圖像傳輸3；傳輸帶寬4

中圖分類號：TP331.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0258-03

Abstract： Aiming at the requirment of multiple formats graphic transmission in avionics system， we design a configurable graphic transmission sytem based on FC-AV. First analyse the container system of FC-AV， then describe the key technologies of graphic transmission. On the basis of analysis and calculation of graphic transmission demand， we introduce the architecture of configurable graphic transmission system， this provides reference for similar long distance graphic transmission application.

Key words： FC-AV1； configurable2； graphic transmission3； transmission bandwidth4

1 引言

在現(xiàn)代航電系統(tǒng)中，主要顯示設(shè)備為了支持視頻畫面的平滑刷新和清晰的文字顯示，需要傳輸高分辨的畫面。[1]

為了應(yīng)對日益緊迫的高性能數(shù)字視頻需求，需要在視頻源和目標(biāo)之間建立一條高帶寬、低延遲、遠距離、安全可靠的傳輸通道。FC-AV音視頻協(xié)議時光纖通道協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一個子集，將音視頻數(shù)據(jù)映射至FC序列，使得在光纖通道上傳輸音視頻成為可能。[2]

針對航電系統(tǒng)中多種格式圖像傳輸?shù)囊?，本文在介紹FC-AV協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于FC-AV的可配置圖像傳輸系統(tǒng)。通過描述圖像傳輸?shù)脑砗完P(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)的圖像傳輸需求進行了分析，根據(jù)分析結(jié)果完成了圖像傳輸系統(tǒng)的設(shè)計。

2 FC-AV協(xié)議分析

FC-AV協(xié)議定義了一個FC-AV容器系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)規(guī)定了數(shù)字音、視頻到FC幀格式的映射規(guī)則。FC-AV容器系統(tǒng)包含容器頭、輔助數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，一個容器包含一個視頻幀[3]。FC-AV協(xié)議將一個容器的數(shù)據(jù)分解為多個數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包包含在FC-AV幀中進行傳輸，數(shù)據(jù)包的大小不超過FC-AV幀的最大負(fù)載2112字節(jié)。容器系統(tǒng)到FC幀的映射關(guān)系見圖1。

3 圖像傳輸分析

基于FC-AV協(xié)議的圖像傳輸就是將標(biāo)準(zhǔn)的圖像轉(zhuǎn)換為FC-AV幀進行發(fā)送，在接收端將接收到的FC-AV幀按照圖像格式組織后進行顯示輸出。傳輸原理見圖2。

為了保證圖像既能高效率的傳輸，又能按照標(biāo)準(zhǔn)格式連續(xù)的顯示輸出，對圖像傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

3.1 分幀原則

對于發(fā)送端口，根據(jù)設(shè)定的分辨率格式、像素信息、鏈路速率等圖像格式定義，將圖像幀按照設(shè)計的分幀原則進行封裝并提交到FC鏈路。

由于需要傳輸?shù)膱D像分辨率不同，需要傳遞的數(shù)據(jù)大小也不同。FC-AV協(xié)議中并未規(guī)定數(shù)據(jù)分解的方式，在實現(xiàn)時既可以按照FC-AV幀的最大負(fù)載2112字節(jié)進行分幀，也可以按照視頻行進行分幀。

以SXGA格式的彩色視頻（1280×1024@60Hz，24bit RGB）為例，每行數(shù)據(jù)大小為（1280×24）/8=3840字節(jié)，總數(shù)據(jù)大小為1024×3840=3.75M字節(jié)。如果采用最大負(fù)載進行分幀，總共需要1861個最大FC-AV幀和1個負(fù)載為1728字節(jié)的FC-AV幀；如果采用視頻行進行分幀，總共需要2048個負(fù)載為1920字節(jié)的FC-AV幀。

3.2 接收原則

接收端口獲得的圖像格式定義必須與發(fā)送端口一致，接收端口將收到的FC-AV幀中的數(shù)據(jù)按照圖像格式定義重組后顯示輸出。顯示輸出分為按視頻幀顯示和按視頻行進行顯示。

視頻幀顯示需要定義視頻幀大小的接收緩沖，在接收到完整的視頻幀后才能顯示；視頻行顯示需要定義視頻行大小的接收緩沖，在收到視頻行數(shù)據(jù)后立即驅(qū)動顯示。

3.3 傳輸帶寬分析

為了保證圖像顯示的連續(xù)性，輸出圖像必須符合圖像刷新頻率的要求。如果圖像以60Hz的刷新頻率顯示輸出，則數(shù)據(jù)的采集時間為16.7ms（1/60ms），在此時間內(nèi)必須將完整的一個圖像傳送到輸出端。

從圖2可以看出，圖像傳輸經(jīng)過輸入圖像轉(zhuǎn)化為FC-AV幀和FC-AV幀轉(zhuǎn)化為輸出圖像兩個過程，圖像傳輸?shù)膸捯卜譃檩斎雸D像帶寬、FC傳輸帶寬和輸出圖像帶寬。由于輸出圖像的格式定義必須和輸入圖像的格式定義保持一致，輸入圖像的帶寬和輸出圖像的帶寬相等。當(dāng)FC傳輸帶寬小于輸入圖像帶寬時，圖像無法按照要求的時間傳送到輸出端，圖像顯示錯誤；只有當(dāng)FC傳輸帶寬大于等于輸入圖像帶寬時，圖像才可以連續(xù)的正確顯示。

4 圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計

4.1 需求分析

系統(tǒng)要求傳輸?shù)膱D像格式包括800×600、1024×768、1280×1024、1400×1050、1600×1200五種分辨率圖像，像素大小為24bit，刷新頻率為30Hz或60Hz。設(shè)計的圖像傳輸系統(tǒng)必須滿足所有圖像的實時傳輸并根據(jù)需要傳輸?shù)膱D像格式進行切換。

對要求傳輸?shù)膱D像從分幀數(shù)、接收緩存和傳輸帶寬三個方面分析后得到表1。從表中可以看到，在發(fā)送端按照最大負(fù)載2112字節(jié)進行分幀可以有效的節(jié)約FC-AV幀的數(shù)目，最快地將圖像傳遞到接收端；在接收端按照視頻行進行顯示可以極大地減少所需要的緩沖區(qū)大??；從計算得到的傳輸帶寬可以看出，使用傳輸帶寬為212.5MB/s的2.125Gbps速率FC無法滿足所有視頻的傳輸要求，需要使用傳輸帶寬為425Mb/s的4.25Gbps速率FC進行圖像傳輸。

4.2 傳輸系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上節(jié)分析，在發(fā)送端使用最大負(fù)載2112字節(jié)進行分幀，在接收端按照視頻行進行顯示，選擇4.25Gbps傳輸速率的FC進行數(shù)據(jù)發(fā)送。設(shè)計的傳輸系統(tǒng)架構(gòu)見圖3。

在圖像發(fā)送端，圖像采集單元按照定義的圖像格式從圖像源采集圖像數(shù)據(jù)，圖像存儲單元將采集到的圖像數(shù)據(jù)進行存儲，分幀單元按照定義的圖像格式將圖像數(shù)據(jù)組織成FC-AV幀，F(xiàn)C-AV發(fā)送單元將組織好的FC-AV幀發(fā)送到FC鏈路上。

在圖像接收端，F(xiàn)C-AV接收單元對收到的FC-AV幀進行校驗和數(shù)據(jù)提取，將提取出的圖像數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，圖像組織單元從數(shù)據(jù)存儲單元讀取數(shù)據(jù)并根據(jù)定義的圖像格式將數(shù)據(jù)恢復(fù)成視頻行，圖像驅(qū)動單元將恢復(fù)的視頻行驅(qū)動到顯示屏進行顯示。

分幀單元將圖像數(shù)據(jù)按照最大負(fù)載組織好后即可發(fā)送，圖像組織單元將數(shù)據(jù)恢復(fù)成視頻行后即可驅(qū)動顯示，此方式的延遲時間為一個視頻行對應(yīng)的時間，實時性好。

在系統(tǒng)初始化時，圖像源首先將需要傳輸?shù)膱D像格式定義寫入圖像格式單元，然后使用復(fù)位信號復(fù)位整個圖像傳輸系統(tǒng)，最后啟動圖像源輸入和顯示屏接收。當(dāng)需要進行圖像格式切換時，由圖像源將切換后的圖像格式定義寫入圖像格式單元，然后復(fù)位整個圖像傳輸系統(tǒng)，隨后傳輸系統(tǒng)按照新的圖像格式定義進行圖像傳輸。

5 總結(jié)

本文在分析FC-AV協(xié)議的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析和計算圖像傳輸?shù)男枨螅O(shè)計實現(xiàn)了一種可配置圖像傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持多種格式圖像的實時傳輸和顯示，為同類圖像遠距離傳輸應(yīng)用提供了一個值得借鑒的解決方案。

參考文獻：

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