CN103916618A - 基于光纤的机载视频高速传输电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于信号传输技术，涉及基于光纤的机载视频高速传输电路及其方法。本发明基于光纤的机载视频高速传输方法利用光纤光缆作为传输介质，可以实现机载视频信号的长距离低损耗高速传输。对于输入的视频信号利用相应的视频解码电路进行解码，然后对解码后的视频数据进行DVI编码，编好后的DVI信号经电光转换处理后通过光纤光缆传输。光纤接收端对接收到的光信号进行放大滤波均衡处理后进行光电转换恢复成DVI信号。转换后的DVI信号经解码送至终端显示。这种方法通用性强，适用于常见的各种规格的机载视频信号源输入和机载终端显示器。本发明在常用的视频长距离传输领域中尤其是机舱航电系统的视频信号传输中都有比较广泛的应用。

Description

基于光纤的机载视频高速传输电路及其方法

技术领域

本发明属于信号传输技术，涉及基于光纤的机载视频高速传输电路及其方法。 

背景技术

传统大多数机载雷达与显示设备之间都是通过PAL制视频信号或模拟VGA接口连接传输，来自机载雷达的显示图像信息经数模转换处理为RGB三原色信号和行、场同步信号，后通过电缆传输到显示设备中。对于传统模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。如今机载座舱大多应用LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示屏）、LED（Light Emitting Diode，二极管显示屏）、DLP(Digital Laser Printer，数字激光打印机)等数字显示设备，这样显示终端还需要相应的A/D转换器，将雷达端送至的模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D两次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。 

传统的机载视频系统中视频信号是基于电缆网络在飞机上传输的。由于受到电缆带宽限制，而且电缆易受电子干扰等因素的制约，机载视频系统只能传输低质量视频信号，这就限制了飞行员对飞机实时状态的了解和对目标监控，降低了飞行安全性和任务的完成率。 

基于光纤的机载视频传输电路结合了光纤通道和DVI视频信号两者的特点，把两者的优势有机的融合在一起，使高质量的DVI视频信号在光纤通道中传输，提高了机载视频显示的质量，从而保证飞行 员对飞机实时状态的精准监测和对目标图像分析的准确性。此外光纤传输视频还有以下优点：(1)容量大。光纤工作频率比目前机载电缆使用的工作频率高出多个数量级，故可开发的容量很大；(2)衰减小。光纤每公里衰减比目前机载电缆的每公里衰减要低一个数量级以上；(3)体积小，重量轻。有利于减轻飞机负担；(4)防干扰性能好。机舱电子设备众多，电磁干扰很强，光纤不受强电干扰、电气干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于光纤的可靠的、抗干扰能力强的、低损耗的机载视频高速传输的电路及其方法。 

本发明的技术方案是： 

基于光纤的机载视频高速传输电路，包括视频信号源和传输视频信号的电路，所述传输视频信号的电路包括依次串联的DVI编码模块、光纤发送模块、光纤光缆、光纤接收模块、DVI解码模块和显示模块； 

视频信号源，用于将不同规格的视频输入信号传输给DVI编码模块； 

所述DVI编码模块，用于将不同规格的视频输入信号进行DVI编码，编码成标准DVI信号； 

所述光纤发送模块，该模块主要是将前一个模块生成的DVI信号进行电光转换，将电信号转化为光信号；然后将转换后的光信号经过光纤光缆进行传输； 

所述光纤接收模块，该模块用于将经过光纤传输后的光信号将经过放大、均衡滤波处理后转换为电信号，最大程度的恢复为原始的DVI信号； 

所述DVI解码模块，用于将电缆传输后的DVI信号做解码处理，首先由解码电路将DVI解码成RGB信号，然后在FPGA中根据实际显示模块所需要的规格生成相应的时序数据，供显示模块显示； 

所述显示模块，用于将视频信号的最终显示。 

进一步，所述DVI编码模块包括顺次串联的视频信号调整模块、视频信号同步模块、视频时序生成模块和DVI信号生成模块四个模块，其中，同规格的视频输入信号首先在视频信号调整模块中进行调整，然后通过视频信号同步模块将视频输入信号进行同步处理，视频时序生成模块生成最终显示所需要的视频时序，结合调整后的视频输入信号，一起送至DVI信号生成模块，编码成标准DVI信号。 

进一步，所述光纤发送模块包括依次串联的信号滤波模块、偏置电路模块、光调制模块、电光控制模块四个模块和光源；其中信号滤波模块将前面生成的DVI信号进行滤波处理，将其高品部分和噪音做滤波处理，偏置电路模块和光调制模块中，DVI信号将做一定的增强和放大处理，在电光控制模块中，电信号将转换为光信号，通过LD或者LED进行发送。 

进一步，所述光纤接收模块包括光前端接口和依次串联的光检测电路模块、前置放大模块、主放大模块、均衡滤波模块和数字信号恢复模块五个模块；由光纤光缆传输过来的光信号经过光前端接口接收 后进入光检测模块，光检测模块主要用于检测光纤光缆传输过来的信号，供后续模块处理；前置放大模块即光放大器，将检测到的微弱光信号放大，在主放大模块中微弱的电信号得到进一步放大处理，然后信号经过均衡滤波模块来最大程度的恢复有用信号，将杂质和干扰滤掉数字信号恢复模块经过判决、再生和时钟提取等过程后输出信号基本恢复了原始的DVI信号，可以供下面的一个模块来进一步处理。 

进一步，所述DVI解码模块包括依次串联的信号缓存模块、数据恢复模块、数据同步模块和视频时序生成模块四个模块；信号缓存模块将前面模块传送过来的DVI信号做缓存处理，以确保信号的连贯性；在数据恢复模块中，DVI信号将进行串转并解码，恢复成并行数据和时钟信号；在数据同步模块中，恢复出来的数据根据恢复出来的时钟进行同步处理，最终视频时序生成模块中对这些数据操作生成显示模块所认可的时序和控制信号，进而在显示模块中得到显示处理。其中实现视频信号数据生成可以在FPGA或者CPLD或者单片机中实现。 

进一步，所述显示模块包括依次串联的显示驱动模块和显示器；显示驱动模块会根据不同的显示器的要求进一步做信号的调整，生成符合显示器要求的视频数据格式，最终在显示器上得到显示。 

所述输入视频信号可以是PAL，NTSC和VGA视频信号源。 

所述视频信号源分辨率范围为640×480到3840×1200之间任意分辨率。 

基于光纤的机载视频高速传输方法，包括如下步骤： 

步骤1：输入视频信号解码：针对不同规格的视频输入信号做一定的调整，由视频解码电路解码成常规的RGB数字信号； 

步骤2：由FPGA对解码后的RGB信号进行调整和处理，按照DVI的格式生成相应的时序；后由DVI编码电路实现DVI信号的生成； 

步骤3：对生成的DVI信号进行电光转换，将电信号转化为光信号； 

步骤4：转换后的光信号经过光纤光缆进行传输； 

步骤5：经过光纤传输后的光信号将经过放大、均衡滤波处理后转换为电信号，最大程度的恢复为原始的DVI信号； 

步骤6：DVI信号解码；将电缆传输后的DVI信号做解码处理，首先由解码电路将DVI解码成RGB信号，然后在FPGA中根据实际显示模块所需要的规格生成相应的时序数据，供显示模块显示； 

步骤7：视频信号在显示模块中显示。 

本发明的技术效果是：本发明基于光纤的机载视频高速传输方法利用光纤光缆作为传输介质，可以实现机载视频信号的长距离低损耗高速传输。对于输入的视频信号利用相应的视频解码电路进行解码，然后对解码后的视频数据进行DVI编码，编好后的DVI信号经电光转换处理后通过光纤光缆传输。光纤接收端对接收到的光信号进行放大滤波均衡处理后进行光电转换恢复成DVI信号。转换后的DVI信号经解码送至终端显示。这种方法通用性强，适用于常见的各种规格的机载视频信号源输入和机载终端显示器。此外，本发明用DVI传输本身的特点，视频信号在传输过程中无需经过二次的数模转换，保证了传 输信号的质量。本发明发挥了光纤传输速率快、低损耗、重量轻以及抗干扰性强的特点，十分适用于机载座舱显控系统。本发明比较适用于高分辨率的视频信号传输，在常用的视频长距离传输领域中尤其是机舱航电系统的视频信号传输中都有比较广泛的应用。 

附图说明

图1是本发明基于光纤的机载视频高速传输电路原理框图； 

图2是本发明DVI编码模块原理框图； 

图3是本发明光纤发送模块原理框图； 

图4是本发明光纤接收模块原理框图； 

图5是本发明DVI解码模块原理框图； 

图6是本发明显示模块原理框图； 

图7是本发明控制流程图， 

图8为实施例中一个VGA视频信号通过本发明在显示器上得到显示的示意图。 

其中，1-视频信号源、2-DVI编码模块、3-光纤发送模块、4-光纤光缆、5-光纤接收模块、6-DVI解码模块、7-显示模块。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做详细的说明： 

基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，包括视频信号源和传输视频信号的电路，所述电路包括依次串联的DVI编码模块、光纤发送模块、光纤光缆、光纤接收模块、DVI解码模块和显示模块。请参阅图1，其是本发明基于光纤的机载视频高速传输方法的原理框图。本发明基于光纤的机载视频高速传输方法包括视频信号源和传输视频信号的电路。其中，视频信号源，用于将不同规格的视频输入信 号传输给DVI编码模块；所述视频信号源可以为PAL，NTSC和VGA视频信号源。所述视频信号源分辨率范围为640×480到3840×1200之间任意分辨率。 

所述DVI编码模块包括顺次串联的视频信号调整模块、视频信号同步模块、视频时序生成模块和DVI信号生成模块四个模块。请参阅图2视频信号调整模块主要针对输入的视频信号进行一些调整，针对不同标准和规格的视频信号源对应不同的解码电路，尤其是模拟信号，需要在进入解码芯片之前对原始信号的幅度、延时等参数上做一定的调整。由视频信号调整模块解码出的信号数据供后面的DVI编码模块使用，该模块中的视频信号同步子模块和视频时序生成子模块是在FPGA中处理的。DVI信号生成模块由DVI编码芯片完成，经过解码后的信号数据需要在FPGA中生成相应的时序，在进入FPGA后首先要做信号同步处理，这样处理后的数据具有同步性，为后面的所有操作做好准备。FPGA按照标准的时序要求将同步后的数据做处理，生成了相应的控制信号，给后面模块做处理。DVI信号生成模块将这些数据生成标准的DVI信号。 

所述光纤发送模块包括依次串联的信号滤波模块、偏置电路模块、光调制模块、电光控制模块四个模块和光源。请参阅图3该部分功能主要由电光转换芯片来完成，在该模块中，DVI信号首先要经过滤波处理，将传输过程中的干扰滤掉。偏置电路模块和光调制模块属于激光器的驱动电路，其中偏置电路将输入的信号与直流电路直接相加，这样相当于加大信号的驱动能力，供后面的光调制模块使用。偏 置电路模块采用差动放大电路，能够大大降低驱动电流在电源上形成的干扰，从而很好的达到前端放大的效果。光调制模块属于这个模块中最重要的部分，其作用是将电信号所承载的信息转移到光信号上，在本发明中采用的数字信号调制的方法，将电信号调制LD或者LED的发光能量来源PN结注入电流，使光信号的强度携带有要传递的信息。信号经过前面的处理，基本可以达到激光器发送的要求，电光控制模块的主要作用是保证激光器正常工作所必须的控制保护电路，电光控制模块通过温度控制和功率控制使激光器处于一个温度和功率稳定工作的状态。经过调制后的光信号由激光器发送出去，在本发明中，激光器的光源可以为LD或者LED。 

所述光纤接收模块包括光前端接口和依次串联的光检测电路模块、前置放大模块、主放大模块、均衡滤波模块和数字信号恢复模块五个模块。请参阅图4本模块的主要作用是将光信号转换为相应的电信号（为光纤发送模块的逆过程），主要由光电转换芯片完成。由光纤光缆传输过来的光信号经过光前端接口接收后进入光检测模块，光检测模块主要用于检测光纤光缆传输过来的信号，由于光纤输出的光功率是非常微弱的，因此这样的光产生的电流通常很低，而光检测模块将这些有用的光信号捕捉提取，供后续模块处理。前置放大模块即光放大器，将检测到的微弱光信号放大，使得到达探测器的光信号有一定的强度，该模块为整个光电转换模块最重要的一个环节。由前置放大模块输出的电信号，幅度相对还是较小，一般只能达到几毫伏或数十毫伏，远远不能满足后面均衡滤波模块要求，在主放大模块中微 弱的电信号得到进一步放大处理，该模块是有自动增益控制放大功能。主放大模块虽然能将输入信号放大，但也恶化了信噪比，同时也可能带来信号失真等问题，因此还要经过均衡滤波模块来最大程度的恢复有用信号，将杂质和干扰滤掉，这样处理后得到的信号基本接近原始的发送信号。但是对于数字信号来说，还应恢复到其电光转换前的码位和状态，这要通过数字信号恢复模块来实现。数字信号恢复模块经过判决、再生和时钟提取等过程后输出信号基本恢复了原始的DVI信号，可以供下面的一个模块来进一步处理。 

所述DVI解码模块包括依次串联的信号缓存模块、数据恢复模块、数据同步模块和视频时序生成模块四个模块。请参阅图5，最终的显示模块并不能直接显示DVI信号，因此需要在该模块中将DVI视频信号转换为显示模块所能接受的视频信号。该模块主要由DVI解码电路和FPGA来实现，DVI解码电路中实现信号缓存、数据恢复和数据同步，经过这三步DVI信号已经被解码成相应的数据和时序。在FPGA中对这些数据操作生成显示模块所认可的时序和控制信号，进而在显示模块中得到显示处理。 

所述显示模块包括依次串联的显示驱动模块和显示器。请参阅图6，所述显示模块包括依次串联的显示驱动模块和显示器。显示驱动模块根据显示器的工作原理将送过来的数据和控制信号转换为显示器所认可的格式，在显示器中得到显示。 

所述输入视频信号可以是PAL，NTSC和VGA视频信号源。 

所述视频信号源分辨率范围为640×480到3840×1200之间任意 分辨率。 

所述光纤光缆长度为5米到200米。 

所述光源可以为LD（Laser Diode，激光二极管）或者LED（Light Emitting Diode发光二极管）。 

所述光纤光缆为石英光纤。 

所述显示器为任意显示设备。 

请参阅图7，给出本发明实现长距离传输视频信号的方法流程图，其具体步骤如下： 

步骤1：输入视频信号解码：针对不同规格的视频输入信号做一定的调整，由视频解码电路解码成常规的RGB数字信号； 

步骤2：由FPGA对解码后的RGB信号进行调整和处理，按照DVI的格式生成相应的时序。后由DVI编码电路实现DVI信号的生成； 

步骤3：对生成的DVI信号进行电光转换，将电信号转化为光信号； 

步骤4：转换后的光信号经过光纤光缆进行传输； 

步骤5：经过光纤传输后的光信号将经过放大、均衡滤波处理后转换为电信号，最大程度的恢复为原始的DVI信号； 

步骤6：DVI信号解码。将电缆传输后的DVI信号做解码处理，首先由解码电路将DVI解码成RGB信号，然后在FPGA中根据实际显示模块所需要的规格生成相应的时序数据，供显示模块显示； 

步骤7：视频信号在显示模块中显示。 

另外，本发明还可以做进一步的改进：所述DVI信号编码电路不 限于用专门的编码电路实现，也可以在FPGA或DSP中实现。所述视频时序生成不限于在FPGA中实现，也可以在单片机或CPLD或DSP或ARM中实现。所述DVI解码电路不限于用专门的解码电路实现，也可以在FPGA或者DSP中实现。 

实施例： 

请参阅图8，图8所示为一个VGA视频信号通过本发明在显示器上得到显示的示意图。其中视频解码芯片采用NS公司的AD9985，由于信号源为VGA，该芯片可以解码VGA信号。时序调整是在Xilinx公司的FPGA芯片XC3S1000中实现的；DVI编码采用TI公司的TFP410实现；电光转化模块采用CYPRESS公司的CY7B923实现；光电转换采用CYPRESS公司的CY7B933实现；DVI解码采用TI公司的TFP401实现；显示视频时序生成是用Altera的FPGA EP2S15F672C5实现的。 

Claims (10)

1.基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，包括视频信号源和传输视频信号的电路，所述传输视频信号的电路包括依次串联的DVI编码模块、光纤发送模块、光纤光缆、光纤接收模块、DVI解码模块和显示模块；

所述视频信号源，用于将不同规格的视频输入信号传输给DVI编码模块；

所述DVI编码模块，用于将不同规格的视频输入信号进行DVI编码，编码成标准DVI信号；

所述光纤发送模块，该模块主要是将前一个模块生成的DVI信号进行电光转换，将电信号转化为光信号；然后将转换后的光信号经过光纤光缆进行传输；

所述光纤接收模块，该模块用于将经过光纤传输后的光信号将经过放大、均衡滤波处理后转换为电信号，最大程度的恢复为原始的DVI信号；

所述DVI解码模块，用于将电缆传输后的DVI信号做解码处理，首先由解码电路将DVI解码成RGB信号，然后在FPGA中根据实际显示模块所需要的规格生成相应的时序数据，供显示模块显示；

所述显示模块，用于将视频信号的最终显示。

2.如权利要求1所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，进一步，所述DVI编码模块包括顺次串联的视频信号调整模块、视频信号同步模块、视频时序生成模块和DVI信号生成模块四个模块，其中，同规格的视频输入信号首先在视频信号调整模块中进行调整，然后通过视频信号同步模块将视频输入信号进行同步处理，视频时序生成模块生成最终显示所需要的视频时序，结合调整后的视频输入信号，一起送至DVI信号生成模块，编码成标准DVI信号。

3.如权利要求1所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，进一步，所述光纤发送模块包括依次串联的信号滤波模块、偏置电路模块、光调制模块、电光控制模块四个模块和光源；其中信号滤波模块将前面生成的DVI信号进行滤波处理，将其高品部分和噪音做滤波处理，偏置电路模块和光调制模块中，DVI信号将做一定的增强和放大处理，在电光控制模块中，电信号将转换为光信号，通过LD或者LED进行发送。

4.如权利要求1所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，进一步，所述光纤接收模块包括光前端接口和依次串联的光检测电路模块、前置放大模块、主放大模块、均衡滤波模块和数字信号恢复模块五个模块；由光纤光缆传输过来的光信号经过光前端接口接收后进入光检测模块，光检测模块主要用于检测光纤光缆传输过来的信号，供后续模块处理；前置放大模块即光放大器，将检测到的微弱光信号放大，在主放大模块中微弱的电信号得到进一步放大处理，然后信号经过均衡滤波模块来最大程度的恢复有用信号，将杂质和干扰滤掉数字信号恢复模块经过判决、再生和时钟提取等过程后输出信号基本恢复了原始的DVI信号，可以供下面的一个模块来进一步处理。

5.如权利要求1所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，进一步，所述DVI解码模块包括依次串联的信号缓存模块、数据恢复模块、数据同步模块和视频时序生成模块四个模块；信号缓存模块将前面模块传送过来的DVI信号做缓存处理，以确保信号的连贯性；在数据恢复模块中，DVI信号将进行串转并解码，恢复成并行数据和时钟信号；在数据同步模块中，恢复出来的数据根据恢复出来的时钟进行同步处理，最终视频时序生成模块中对这些数据操作生成显示模块所认可的时序和控制信号，进而在显示模块中得到显示处理。

6.如权利要求5所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，其中实现视频信号数据生成可以在FPGA或者CPLD或者单片机中实现。

7.如权利要求1所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，进一步，所述显示模块包括依次串联的显示驱动模块和显示器；显示驱动模块会根据不同的显示器的要求进一步做信号的调整，生成符合显示器要求的视频数据格式，最终在显示器上得到显示。

8.如权利要求1-7之一所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，所述输入视频信号可以是PAL，NTSC和VGA视频信号源。

9.如权利要求8所述的基于光纤的机载视频高速传输电路，其特征在于，所述视频信号源分辨率范围为640×480到3840×1200之间任意分辨率。

10.基于光纤的机载视频高速传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：输入视频信号解码：针对不同规格的视频输入信号做一定的调整，由视频解码电路解码成常规的RGB数字信号；

步骤2：由FPGA对解码后的RGB信号进行调整和处理，按照DVI的格式生成相应的时序；后由DVI编码电路实现DVI信号的生成；

步骤3：对生成的DVI信号进行电光转换，将电信号转化为光信号；

步骤4：转换后的光信号经过光纤光缆进行传输；

步骤5：经过光纤传输后的光信号将经过放大、均衡滤波处理后转换为电信号，最大程度的恢复为原始的DVI信号；

步骤6：DVI信号解码；将电缆传输后的DVI信号做解码处理，首先由解码电路将DVI解码成RGB信号，然后在FPGA中根据实际显示模块所需要的规格生成相应的时序数据，供显示模块显示；

步骤7：视频信号在显示模块中显示。