CN107241591A - 一种机载雷达嵌入式3d视频图像显示方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法及系统,涉及机载雷达图像处理技术领域。所述方法包括首先将经过预处理的雷达信号数据通过PCIe传输给DM8168,DM8168包括ARM核与DSP核,ARM核上运行的实时操作系统进行判断和调度,涉及到大数据量运算的通过sysLink SOC核间通信技术发送给DSP处理然后将结果回传给ARM,ARM将数据发送给SGX530 3D图形加速引擎或HDVICP2进行硬件加速,最后将视频数据发送给HDVPSS进行接口转换,最终通过视频接口传输到显示器。该方法数据运算、资源调度、硬件显示加速、视频信号转换并行同步进行互不影响,充分利用各硬件资源,大大提高视频数据的处理效率,确保输出高分辨率流畅的视频数据。
Description
技术领域
本发明涉及机载雷达图像处理技术领域,具体涉及一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法及系统。
背景技术
机载雷达的显示效果直接影响飞行员对雷达的操控,雷达是否简单易用,很大方面取决于显示效果。由于机载雷达技术的发展和市场的需求变化,市场对机载雷达用户体验和操作便利性提出了越来越高的要求,这也对雷达显示技术有了更高的要求。
目前3D显示技术已经在影视、游戏、建模仿真等领域有了广泛应用和长足发展,然而这些3D显示技术的使用都是基于PC机或者服务器,嵌入式3D技术也多在消费类电子产品中使用,在机载雷达领域3D显示技术还未有成熟应用。消费类民用产品所用3D显示技术往往环境适应性差,无法满足航空或者工业控制领域的恶劣环境,同时一部分技术为软件3D加速技术,效率比较低所需硬件资源多。
现有3D显示技术相对机载雷达显示技术存在以下缺点:
1)基于消费电子,环境适应性差,难以满足恶劣工作环境;
2)平台使用windows或者Linux操作系统,无法满足安全性要求;
3)很多3D显示技术使用软件3D加速,效率低对资源要求高。
现有机载雷达显示技术存在以下不足:
1)使用2D图形和参数显示结合,不具备3D显示功能;
2)无操作系统或使用VxWorks操作系统,成本高不便于民用推广;
3)不具备3D硬件加速功能,高清3D图形显示会出现卡顿现象。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法及系统。主要解决如下问题:
1)针对机载复杂恶劣环境,需要进行相应特殊处理与设计;
2)需要使用VxWorks操作系统确保安全性,同时需要进行嵌入式Linux操作系统上的实现,便于往民用方面推广;
3)需要选用带有3D硬件加速引擎的视频图像显示芯片,提高处理效率降低资源占用率;
4)需要提高电路板集成度,减小体积、降低功耗以满足机载需要。
本发明首先提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,包括以下步骤:
步骤一、选取并配置模块中DM8168处理器所使用的操作系统;
步骤二、将机载雷达数据处理模块处理后的数据传输给DM8168;
步骤三、对数据进行判断和分析,包括将命令数据发送至DM8168的ARM核进行处理,将雷达信号处理源数据发送给DM8168的DSP核进行处理;
步骤四、命令数据若为显示控制命令则交由应用程序进行处理,命令数据为软件升级命令则通过千兆网交换机连接至上位机网口进行程序的更新与升级;
步骤五、DM8168的DSP核对雷达信号处理数据解算和处理,并将运算结果发送给DM8168的ARM核;
步骤六、DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制,通过硬件图形加速形成图像和视频数据;
步骤七、对所述图像和视频数据进行数据格式转换,并通过视频接口传输到显示器。
优选的是,在步骤一中,操作系统包括VxWorks操作系统或嵌入式Linux操作系统,所述操作系统上移植有3D编程语言函数库,所述3D编程语言函数库包括OpenGL ES2.0。
优选的是,将机载雷达数据处理模块处理后的数据通过2x PCIe传输给DM8168。
优选的是,在步骤三中,对数据进行判断和分析由DM8168的ARM核搭载的操作系统和应用程序实现。
优选的是,在步骤三中,将雷达信号处理源数据通过sysLink SOC核间通信技术发送给DM8168的DSP核进行处理。
优选的是,在步骤五中,雷达信号处理数据解算和处理后的运算结果通过sysLinkSOC核间通信技术发送给ARM核。
优选的是,在步骤六中,DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制之后,通过SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS进行图像处理硬件加速。
优选的是,在步骤七中,对所述图像和视频数据进行数据格式转换包括通过HDVICP2来实现。
优选的是,在步骤七中,所述视频接口包括DVI、VGA或HDMI。
与上述方法相对应,本发明还提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示系统,包括:
机载雷达数据处理模块,用于整个雷达处理机的控制和数据处理;
PCIe交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器之间的PCIe接口连接;
DM8168处理器,包括:
ARM核,搭载操作系统与3D编程语言函数库,用于对所述机载雷达数据处理模块发送来的数据进行判断和分析,对控制命令进行处理,对所述系统进行更新与升级,通过应用程序进行图像绘制,对DM8168外部通信接口进行控制以及对DM8168系统资源进行分配;
DSP核,用于对雷达信号处理数据解算和处理;
SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS,用于3D图像处理的硬件加速;
视频格式转换器HDVICP2,用于图像和视频数据的格式转换;
千兆网络交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器以及上位机之间的千兆网接口连接,用于对所述DM8168的系统调试与程序升级;
显示器,用于视频显示。
本发明具有如下优点:
1、具备3D硬件图形加速引擎,图形加速效率更高,图像输出稳定性高,公共资源占用率低;
2、高速接口全交换技术,使用交换机进行板内和板间高速接口数据交换,提高板卡集成度,减小板卡尺寸,简化网络布局,可动态进行通信拓扑配置,提高通信接口配置灵活性;
3、DM8168处理器中ARM核与DSP核配合使用,既有实时操作系统进行资源和任务分配,又有高性能DSP做专门数据计算,使得模块集成度和性能较高;
4、既有VxWorks操作系统版本也有Linux版本,紧扣军民两用主题,既确保军用安全性,又可降低成本进行民用推广;
5、板卡集成度高,功耗低,环境适应性强,满足机载航空电子设备要求。
该嵌入式3D视频图像显示模块在多型飞机雷达无线电导航系统和气象预测系统中使用过程中,相关技术指标已经达到预期效果。
基于其功能强、体积小、重量轻、功耗低、环境适应性强等特点,特别适合在机载雷达无线电导航、遥感测绘、气象预报等多个军民两用领域推广使用,同时可在航天遥感领域使用。由于“工业4.0”的到来,工业控制设备越来越智能,对人机交互界面要求也来越高,该发明在智能工业控制设备的使用可以让生产现场或机器内部工作情况更形象直观的展现在操作人员面前,使其对生产细节更清楚的掌握,更利于操作和控制。
附图说明
图1为本发明机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法及系统的一优选实施例的方法流程图。
图2为本发明机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法及系统的一优选实施例的系统架构图。
具体实施例
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明首先提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤一、选取并配置模块中DM8168处理器所使用的操作系统;
步骤二、将机载雷达数据处理模块处理后的数据传输给DM8168;
步骤三、对数据进行判断和分析,包括将命令数据发送至DM8168的ARM核进行处理,将雷达信号处理源数据发送给DM8168的DSP核进行处理;
步骤四、命令数据若为显示控制命令则交由应用程序进行处理,命令数据为软件升级命令则通过千兆网交换机连接至上位机网口进行程序的更新与升级;
步骤五、DM8168的DSP核对雷达信号处理数据解算和处理,并将运算结果发送给DM8168的ARM核;
步骤六、DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制,通过硬件图形加速形成图像和视频数据;
步骤七、对所述图像和视频数据进行数据格式转换,并通过视频接口传输到显示器。
本实施例中,操作系统包括VxWorks操作系统或嵌入式Linux操作系统,所述操作系统上移植有3D编程语言函数库,所述3D编程语言函数库例如可以是OpenGL ES2.0。
如图2所示,PCLe交换机与DM8168通过2x的PCLe连接,机载雷达数据处理模块处理后的数据可以通过2x PCIe传输给DM8168。
本实施例中,在步骤三中,对数据进行判断和分析由DM8168的ARM核搭载的操作系统和应用程序实现,将雷达信号处理源数据通过sysLink SOC核间通信技术发送给DM8168的DSP核进行处理。
本实施例中,在步骤五中,雷达信号处理数据解算和处理后的运算结果通过sysLink SOC核间通信技术发送给ARM核。
本实施例在步骤六中,DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制之后,通过SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS进行图像处理硬件加速。
本实施例在步骤七中,对所述图像和视频数据进行数据格式转换包括通过HDVICP2来实现。
本实施例在步骤七中,所述视频接口包括DVI、VGA或HDMI。
本发明另一方面提供了一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示系统,如图2所示,具体包括:
机载雷达数据处理模块,用于整个雷达处理机的控制和数据处理;
PCIe交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器之间的PCIe接口连接;
DM8168处理器,包括:
ARM核,搭载操作系统与3D编程语言函数库,用于对所述机载雷达数据处理模块发送来的数据进行判断和分析,对控制命令进行处理,对所述系统进行更新与升级,通过应用程序进行图像绘制,对DM8168外部通信接口进行控制以及对DM8168系统资源进行分配;
DSP核,用于对雷达信号处理数据解算和处理;
SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS,用于3D图像处理的硬件加速。这些图形加速器支持多个3D图形开发编程语言,包括Direct3D,OpenGL ES1.0/2.0,OpenVG 1.1,OpenMax;
视频格式转换器HDVICP2,用于图像和视频数据的格式转换;
千兆网络交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器以及上位机之间的千兆网接口连接,用于对所述DM8168的系统调试与程序升级;
显示器,用于视频显示。
需要说明的是,经过充分的调研和全方位的考量,该机载3D视频图像显示方法选用TMS320DM8168图形显示处理器作为3D视频图像显示模块核心器件,外接2G高速DDR3作为内存,使用128MB FLASH作为非易失存储器,通过2X PCIe连接PCIe交换机与机载雷达数据处理模块进行高速数据通信,通过本地总线连接FPGA逻辑器件进行接口拓展与控制,通过千兆网交换机可通过动态网络拓扑配置进行调试与通信,外部视频接口有1路DVI和1路VGA,后期可拓展SATA、USB、SPI等多个接口。其中,TMS320DM8168主要模块如下:
1个Cortex A8ARM核1.35GHz;
1个C674x VLIW DSP核1.125GHz,6个ALU,2个乘法器;
3个HDVICP2可编程高清视频图像协处理器引擎;
SGX530 2D/3D图形加速引擎;
HDVPSS高清视频处理子系统,支持CRT、HDMI、DVI、VGA等视频传输接口;
丰富的高速与低速外部接口。
ARM核上运行嵌入式实时操作系统进行3D图形加速器的调用并对视频输出接口进行控制,使用DSP进行高数据量的运算,从而充分利用各项资源。
该嵌入式3D视频图像显示模块所用技术包含如下内容:
1)3D图形硬件加速技术,使用3D图形加速引擎,进行高复杂度3D图形与视频数据处理,大大提高处理效率;
2)sysLink SOC核间通信技术,DM8168多核之间通过sysLink核间通信技术进行数据交换和资源共享,提高资源分配合理性和核间通信效率;
3)VxWorks和Linux操作系统裁剪与移植技术;
4)基于VxWorks和Linux操作系统的驱动开发技术,基于两种操作系统进行3D加速引擎和接口驱动设计,并进行openGL ES三维图形编程语言库的移植;
5)高速接口全交换技术,使用交换机进行板内和板间高速接口数据交换,提高板卡集成度,减小板卡尺寸,简化网络布局,可动态进行通信拓扑配置,提高通信接口配置灵活性。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,包括:
步骤一、选取并配置模块中DM8168处理器所使用的操作系统;
步骤二、将机载雷达数据处理模块处理后的数据传输给DM8168;
步骤三、对数据进行判断和分析,包括将命令数据发送至DM8168的ARM核进行处理,将雷达信号处理源数据发送给DM8168的DSP核进行处理;
步骤四、命令数据若为显示控制命令则交由应用程序进行处理,命令数据为软件升级命令则通过千兆网交换机连接至上位机网口进行程序的更新与升级;
步骤五、DM8168的DSP核对雷达信号处理数据解算和处理,并将运算结果发送给DM8168的ARM核;
步骤六、DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制,通过硬件图形加速形成图像和视频数据;
步骤七、对所述图像和视频数据进行数据格式转换,并通过视频接口传输到显示器。
2.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,步骤一中,操作系统包括VxWorks操作系统或嵌入式Linux操作系统,所述操作系统上移植有3D编程语言函数库,所述3D编程语言函数库包括OpenGLES2.0。
3.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,将机载雷达数据处理模块处理后的数据通过2x PCIe传输给DM8168。
4.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,步骤三中,对数据进行判断和分析由DM8168的ARM核搭载的操作系统和应用程序实现。
5.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,步骤三中,将雷达信号处理源数据通过sysLink SOC核间通信技术发送给DM8168的DSP核进行处理。
6.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,步骤五中,雷达信号处理数据解算和处理后的运算结果通过sysLink SOC核间通信技术发送给ARM核。
7.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,在步骤六中,DM8168的ARM核对DSP核传回数据进行图像绘制之后,通过SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS进行图像处理硬件加速。
8.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,在步骤七中,对所述图像和视频数据进行数据格式转换包括通过HDVICP2来实现。
9.如权利要求1所述的机载雷达嵌入式3D视频图像显示方法,其特征在于,在步骤七中,所述视频接口包括DVI、VGA或HDMI。
10.一种机载雷达嵌入式3D视频图像显示系统,其特征在于,包括:
机载雷达数据处理模块,用于整个雷达处理机的控制和数据处理;
PCIe交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器之间的PCIe接口连接;
DM8168处理器,包括:
ARM核,搭载操作系统与3D编程语言函数库,用于对所述机载雷达数据处理模块发送来的数据进行判断和分析,对控制命令进行处理,对所述系统进行更新与升级,通过应用程序进行图像绘制,对DM8168外部通信接口进行控制以及对DM8168系统资源进行分配;
DSP核,用于对雷达信号处理数据解算和处理;
SGX530 3D图形加速引擎与高清视频处理子系统HDVPSS,用于3D图像处理的硬件加速;
视频格式转换器HDVICP2,用于图像和视频数据的格式转换;
千兆网络交换机,建立所述雷达数据处理模块与DM8168处理器以及上位机之间的千兆网接口连接,用于对所述DM8168的系统调试与程序升级;
显示器,用于视频显示。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171010 |
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