李寧寧，何 宇，魏 珊

(中國飛行試驗研究院, 西安 710089)

基于ARINC818機載音視頻的測試方案設計

李寧寧，何 宇，魏 珊

(中國飛行試驗研究院, 西安 710089)

某型飛機在試飛測試任務過程中，需要對多路機載音視頻進行抽引、采集、記錄與遙測，用于飛機實時動態(tài)監(jiān)控與事后回放分析;該型飛機的顯控數(shù)據(jù)采用ARINC818(又名航空電子視頻總線Avionics Digital Video Bus)專用圖像傳輸協(xié)議進行光纖視頻傳輸，對ARINC818總線視頻的抽引采集在試飛任務中為首次;由于目前機載采集系統(tǒng)的限制，文章設計了一種基于ARINC818的機載測試系統(tǒng)，滿足了該型飛機多通道、高分辨率、多視頻格式的信號采集記錄。

ARINC818視頻總線；音視頻抽引；非標準分辨率；測試系統(tǒng)

0 引言

ARINC818視頻總線以其高帶寬、高可靠性、低延遲、非壓縮視頻傳輸、抵抗電磁干擾、減輕線纜重量、靈活性高，兼容擴展性強等優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸成為機載視頻傳輸系統(tǒng)的主流。在波音787，空客A400M和A350XWB等商業(yè)機型的視頻系統(tǒng)中已有應用，一些軍用機型上也有涉及。

但是目前的機載采集系統(tǒng)只支持1600*1200@60fps，1280*1024@60fps，1024*768@30fps等標準格式的DVI數(shù)字電信號的采集,還無法直接對ARINC818總線視頻進行采集。另外，差動模擬量也不能直接輸入至采集器，因此有必要將待采集的音視頻信息進行相應的轉換，以滿足機載測試系統(tǒng)的要求。

1 ARINC818協(xié)議

ARINC818采用單向點對點傳輸方式，不需要實現(xiàn)鏈路的初始化、流量控制以及交換注冊等，最大限度地保證FC的速度、高可靠性、低延遲性。ARINC818標準采用ADVB容器、按行組幀傳輸?shù)哪Ｊ健Ｒ粋€ADVB容器裝載一幅完整的圖像。每個ADVB容器包含若干個ADVB幀，幀序列大小由視頻屬性決定。如圖1所示，每個ADVB幀包含開始指令SOFx、結束指令EOFx、幀頭，數(shù)據(jù)載荷以及校驗CRC。其中幀頭含6個字，指示源地址、目的地址以及該幀在容器隊列中的具體位置SEQ_CNT等。數(shù)據(jù)載荷大小4～2112 Bytes可變。ADVB包含4種對象。對象0裝載與容器相關的輔助信息，對象1裝載音頻數(shù)據(jù)，對象2和對象3裝載視頻數(shù)據(jù)。ADVB容器的第一個ADVB數(shù)據(jù)幀包含容器頭和對象0，用于描述容器的基本信息。容器中不使用某個對象時，在容器頭中將對象大小設置為0。

圖1 ADVB容器結構組成示意圖

2 關鍵功能模塊

2.1 差分轉單端

差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號振幅相等，符號相反。在這兩根線上的傳輸信號就是差分信號。其抗干擾能力強，能夠有效抑制EMI，時序定位準確。單端信號是相對于差分信號而言的。單端輸入指信號由一個參考端和一個信號端構成，參考端一般為地端。

圖2 差分放大器示意圖

為了滿足測試采集設備的要求，需將語音差分信號轉換為單端信號。實現(xiàn)差分轉單端最典型的就是差分放大器。VT1和VT2是兩個差分放大管，它們的基極上分別加有大小相等、相位相反的信號。輸出信號Vo取自VT1集電極與地端之間，為單端輸出。

2.2 ARINC818轉換

ARINC818針對圖像數(shù)據(jù)的傳輸模式比較特殊，它是“按行緩沖按行顯示”。一個ADVB鏈路中可以同時傳輸不同的視頻圖像，在接收端只需要根據(jù)ADVB幀頭中的S_ID字段進行重組。對于該型飛機的某視頻通道，傳輸?shù)囊曨l分辨率為2560*1024，像素數(shù)據(jù)為24 bit的RGB格式視頻，即每一行像素數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是20480 Bytes。一個ADVB幀的最大負載是2112 Bytes，因此一行像素需要10個ADVB幀，一個容器，即一幀圖像包含10240個ADVB幀。因此每個ADVB幀裝載2048 Bytes數(shù)據(jù)。拆分后的分辨率為1280*1024，每一行的數(shù)據(jù)量為10240 Bytes，需要5個ADVB幀。因此將原始的ADVB容器(除了容器頭)每隔5個ADVB幀進行讀取重組，轉換成兩個ADVB容器，其承載的數(shù)據(jù)分辨率為1280*1024，對重組后的數(shù)據(jù)流按照DVI信號格式進行編碼，最終完成視頻的分屏。

圖3 轉換原理示意圖

本文設計的ARINC818轉換設備，主要實現(xiàn)4個功能：1)將ARINC818視頻光信號經(jīng)過光電檢測轉換為電信號；2)采用分屏概念實現(xiàn)2560×1024路視頻的分屏，一路2560×1024分辨率視頻分成兩路1280*1024分辨率的視頻；3)提高圖像幀頻，將通道1和通道2的幀頻從30fps提高至60fps；4)對ARINC818協(xié)議進行解碼重組并進行DVI編碼。

3 方案設計

3.1 設計需求

在某型飛機的試飛任務中，抽引信號的具體的參數(shù)如表1所示，由表1可以看出，抽引信號的格式分布范圍較寬，分辨率最高達2 560×1 024，最低達640×480，幀頻30 fps以及60 fps均有涉及，且2 560×1 024為非標準分辨率。該型飛機提供給試飛測試用的視頻通道均為經(jīng)過電光轉換輸出的ARINC818協(xié)議光信號。采集記錄ARINC818光信號在試飛任務中為首次。并且該型機需要采集記錄的視頻信號含非標準的分辨率格式的視頻信號。多個分辨率格式下的幀頻也不滿足現(xiàn)有采集器的輸入要求。同時目前成熟在用的機載采集器只適用于單端語音信號。因此我們設計了一種機載音視頻測試方案，滿足該型機試飛任務的需要。

3.2 功能描述

根據(jù)需要采集記錄的音視頻通道的特性，以及設備裝機的限制，該方案需實現(xiàn)以下功能：

1)單臺ARINC818轉換設備實現(xiàn)3路光視頻信號的標準化轉換；

2)每個視頻轉換通道兼容2560×1024，1280×1024，768×1024，640×480四種分辨率格式的視頻采集記錄。

3)每個視頻轉換通道兼容30fps和60fps兩種幀頻格式的視頻轉換；

4)每個視頻轉換通道兼容分屏輸出

與非分屏光電轉換輸出，通過開關控制。

5)方案同時實現(xiàn)5路視頻信號光電轉換；

6)方案同時實現(xiàn)3路視頻信號以及1路差動信號的采集記錄遙測；

表1 抽引參數(shù)屬性表

3.3 方案實現(xiàn)

本文設計的機載音視頻抽引測試系統(tǒng)如圖5所示。原機視頻信號經(jīng)過一根一分為六的轉接光纜分成六路，其中一路含5個ADVB通道，包含機載所有的顯控視頻信號，返回原機。其余五路分別傳輸一路ADVB視頻流?？紤]到設備的重心以及裝機設備的空間限制，該方案設計使用兩臺視頻轉換設備，每臺設備包含三路輸入四路輸出。五路ADVB視頻數(shù)據(jù)進行光電轉換，編解碼，最終產生七路DVI數(shù)字電信號。在ARINC818轉換設備內部，視頻通道一和視頻通道二首先通過光電轉換技術轉換成電信號，然后在電信號的基礎上進行ARINC818解析與DVI數(shù)字編碼，實現(xiàn)一路2560*1024/30fps視頻流轉換成兩路1280*1024/60fps格式的視頻。由于圖5中所示的采集器最多同時實現(xiàn)三路視頻的采集記錄，因此轉換后的七路DVI數(shù)字電信號可根據(jù)實際需求選擇其中三路輸入采集器實現(xiàn)視頻的采集記錄遙測。同時由于采集器只能對單端模擬信號進行采集，所以兩路語音通道首先經(jīng)過差分轉單端設備，轉換成單端信號后進入采集器完成采集記錄。該方案最終實現(xiàn)所有音視頻信號的相應轉換，以及三路視頻與一路音頻信號的采集記錄遙測。該方案已經(jīng)在該型機的前期機載試驗中完成機載抽引試驗，單臺ARINC818設備樣機的輸出信號滿足采集記錄的所有條件，驗證了該方案的可行性以及可靠性。

圖5 方案設計原理圖

4 總結

針對某型飛機抽引信號呈現(xiàn)多通道、高分辨率、多視頻格式的特殊性，本論文設計了一種機載測試系統(tǒng)方案，將原機信號通過特制線纜一分為六，一路返回原機，另外五路以供測試需求。本方案首次采用ARINC818換設備以及差分轉單端設備，實現(xiàn)非標準以及標準格式ARINC818光信號到標準DVI數(shù)字電信號的轉換，以及兩路語音信號的轉換，滿足機載采集系統(tǒng)的要求。基于ARINC818的機載測試方案首次實現(xiàn)ARINC818標準的視頻抽引，為今后更基于ARINC818的機載視頻測試奠定了堅實的技術基礎。

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[2] Alexander J, Keller T. Using ARINC818 avionics digital video bus(ADVB) for military displays [A].Proceedings of SPIE -The international Society for Optical Engineering[C].2007.

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Test Scheme Design of Airborne Audio and Video Based on ARINC818

Li Ningning，He Yu，Wei Shan

(China Flight Test Establishment, Xi’an 710089,China)

During the test mission of an aircraft, the on-board Audio & Video acquisition、recording and telemetry are needed，which is used for dynamic monitor and playback after the event. The transmission of video data is based on the protocol of ARINC818(namely Avionics Digital Video Bus) through the fiber, which is the first time in the test mission. On account of the limit of the on-board equipment, this paper designed a test system based on ARINC818, which meets the acquisition and record of multi-channel, different resolutions and multiple formats.

ARINC818 video bus;audio & video acquisition; off-standard resolution; test system

2016-10-27；

2016-11-28。

李寧寧(1989-)，女，陜西渭南人，碩士研究生，助理工程師，主要從事機載光電測試以及攝影測量方向的研究。

1671-4598(2017)04-0034-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.011

TP274

A