CN107645673B

CN107645673B - 一种遥测图像实时解码单元

Info

Publication number: CN107645673B
Application number: CN201710758740.5A
Authority: CN
Inventors: 王安迪; 周鑫; 陆壮志; 万志江; 丰彪; 兰伟; 赵金亮; 龚辰; 王川
Original assignee: General Designing Institute of Hubei Space Technology Academy
Current assignee: General Designing Institute of Hubei Space Technology Academy
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: CN107645673A

Abstract

本发明公开了一种遥测图像实时解码单元，基于H.265技术，由数据网络路由、遥测数据及图像解码计算机、视频解码器、视频服务器(图像处理模块)、电源与数据网络单元和图像网络单元双架构组成，其中：遥测数据及图像解码计算机包括：遥测数据接收配置模块、遥测图像解码模块、RTSP配置传输模块、采集网卡、发送网卡；视频解码器包括：图像网络交换机、HDMI信号输出模块；遥测数据及图像解码计算机处于数据网络单元中；视频解码器、视频服务器处于图像网络单元中；本发明能够依照遥测协议解析出视频数据，然后将视频数据拼接成H.265格式遥测图像，并将拼接成的H.265格式遥测图像依照RTSP协议实时传输显示，最终可转换成HDMI信号输出。

Description

一种遥测图像实时解码单元

技术领域

本发明属于航天遥测图像实时解码技术领域，具体涉及一种遥测图像实时解码单元。

背景技术

近年来随着科技的高速发展，图像数据的采集和处理技术己广泛应用在军事、交通、航天和航空等领域。在运载器(飞行器)发射和飞行过程中，通过遥测图像能够实时监控火箭每个部位的关键动作，如助推器分离、一二级分离、整流罩抛罩、卫星释放等，使地面指挥单元对运载器(飞行器)的飞行状态做出准确判断。

但是原始图像数据非常庞大，遥测单元带宽有限，还需要遥测其它参数。因此需要对原始图像进行实时压缩再与常规遥测数据合并到遥测数据帧中进行传输。相比较于传统的遥测图像压缩编码技术，H.265压缩编码具有更高的压缩效率、更低的带宽要求与更广阔的发展前景，更适合应用于遥测图像压缩。在此情景下，地面端需要一种能够实时采集并解析H.265码流，同步播放遥测图像的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有的技术方案上的空白，提供了一种基于H.265技术的运载器(飞行器)遥测图像实时解码单元，本发明能够依照UDP、UDP组播、特定源组播三种采集模式从数据网络中采集遥测数据，依照遥测协议解析出视频数据，然后将视频数据拼接成H.265格式遥测图像，并将拼接成的H.265格式遥测图像依照RTSP协议实时传输显示，在单元的末端通过观察所有路遥测图像，选择其中一路转换成HDMI信号输出电视或者投屏用。

本发明的技术解决方案是：一种遥测图像实时解码单元，基于H.265技术，由数据网络路由、遥测数据及图像解码计算机、视频解码器、视频服务器、电源与数据网络单元和图像网络单元双架构组成，其中：

遥测数据及图像解码计算机包括：遥测数据接收配置模块、遥测图像解码模块、RTSP配置传输模块、采集网卡、发送网卡；

视频解码器包括：图像网络交换机、网卡、HDMI信号输出模块；

视频服务器包括：图像处理模块、网卡；

遥测数据及图像解码计算机(遥测数据接收配置模块、遥测图像解码模块、RTSP配置传输模块)处于数据网络单元中；

所述视频解码器、视频服务器处于图像网络单元中；

数据网络单元采集原始遥测数据，图像网络单元传输实时视频流，两个网络逻辑隔离，遥测数据采集与实时视频流传输互相隔离开，避免耦合出错。

所述的采集网卡和发送网卡均为千兆网卡，工作在同一进程中，采集网卡接入数据网络单元，用于原始遥测数据的采集，发送网卡接入图像网络单元，用于传输实时视频流。

所述的遥测数据接收配置模块采用套接字编程，可按照UDP、UDP组播和特定源组播三种协议从数据网络采集原始遥测数据。

所述遥测图像解码模块与RTSP配置传输模块采用生产者消费者模式，分别工作在不同的线程中，共用一组缓存，其中：

遥测图像解码模块作为生产者，能够依照遥测协议解析出视频数据信息，其数据结构定义为：{一帧图像的大小frameSize；关键帧标识key_f；当前包大小packetSize；当前帧图像包个数total_packets；当前包序号index；当前包数据packet_data}；其中frameSize为当前帧H.265格式遥测图像大小(字节数)，key_f为当前帧是否关键帧标志位；packetSize表示当前包大小(字节数)，total_packets表示当前H.265格式遥测图像所包含总包数，index表示当前包序号，packet_data为当前包数据；经解析后的每一帧H.265格式遥测图像被分成了若干个包(packet)，每一帧视频数据为一个包；

遥测图像解码模块能够根据上述视频数据信息，拼接还原出一帧H.265格式遥测图像，丢入缓存；

RTSP配置传输模块作为消费者，初始化时自动完成遥测图像编码格式配置、遥测图像大小配置、遥测图像帧率配置、遥测图像编码等级配置、遥测图像通道数配置和遥测图像采样率配置，不断从缓存中获取H.265格式遥测图像，然后按照RTSP协议通过图像网络交换机传输给图像处理模块；

视频服务器通过图像网络交换机接受RTSP配置传输模块传出的所有实时视频流通过图像处理模块转换成实时图像并显示。用户可选择其中的一路实时图像通过图像网络交换机向视频解码器发送上墙指令。视频解码器能够反馈视频服务器的上墙指令，通过HDMI信号输出模块将被选中的实时图像转化成HDMI信号输出电视或者投屏用。

所述视频数据信息中不包含时间戳信息，通过1秒时间/图像帧率估算出帧间隔时间，再将帧间隔时间进行累加，给每一帧H.265格式遥测图像打上一个近似的软时间戳。

所述视频服务器上安装有平台软件，通过该平台软件配置视频解码器的网络参数。

附图说明

图1为本发明的单机组成框图；

图2为本发明遥测图像解码模块工作流程框图；

图3为本发明的RTSP传输配置模块工作流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行阐述。

如图1所示，一种遥测图像实时解码单元，由数据网络路由、遥测数据及图像解码计算机、视频解码器、视频服务器、电源与数据网络单元和图像网络单元双架构组成，其中：

视频服务器包括：图像处理模块、网卡；

所述视频解码器、视频服务器处于图像网络单元中；

遥测数据接收配置模块、遥测图像解码模块与RTSP传输配置模块实际工作在一台配置有双网卡的计算机上的一个进程中。双网卡中一块网卡称之为采集网卡，单元工作时接入数据网络路由，主要用于采集原始遥测数据。另一块网卡称之为发送网卡，单元工作时接入到图像网络交换机上，主要用于向视频服务器发送实时视频流。图像处理模块工作在一台视频服务器上，视频服务器配置有一块千兆网卡并接入到图像网络交换机上。HDMI信号输出模块工作在一台视频解码器上，视频解码器配置有一块千兆网卡并接入到图像网络交换机上。视频服务器能够接受所有实时视频流并显示，视频解码器能够接受视频服务器的指令，将其中一路实时视频流转换成HDMI信号输出。

所述遥测数据接收配置模块支持UDP、UDP组播和特定源组播三种遥测数据接收方式。具体实施方式是采用套接字编程，首先将套接字与采集网卡的IP绑定，使之只接受采集网卡上交互的数据，然后根据配置输入，初始化为UDP或UDP组播或特定源组播的套接字。

所述遥测图像解码模块与RTSP传输配置模块采取生产者消费者模式，共用一组全局缓存。

如图2所示，所述遥测图像解码模块作为生产者，单独开辟一个线程进行工作，首先利用套接字进行原始遥测数据采集，然后依据遥测协议解析出视频数据信息，其数据结构定义为：{一帧图像的大小frameSize；关键帧标识key_f；当前包大小packetSize；当前帧图像包个数total_packets；当前包序号index；当前包数据packet_data}。由于H.265编码图像的特点是一个关键帧图像，后接若干个非关键帧图像。因此首先等待关键帧，若视频数据信息中的关键帧标识为真，即等到关键帧，可以开始视频数据解码流程。流程开始以后，维护有一个局部缓存(video_frame_buf)和缓存数据大小(frame_offset)，通过包序号判断当前视频数据是否为首包(包序号等于0为首包)，若为首包，则首先判断缓存数据大小是否为0，若不为0，表示上一帧图像存在丢包，这里采用容错式设计，仍将上一帧不完整的图像数据丢入全局缓存供消费者获取，然后将缓存数据大小清零，将首包数据放入局部缓存。当所获取的视频数据包序号等于当前帧图像包个数时，表明已接受到一组完整的帧图像，将视频缓存中的数据丢入全局缓存并将缓存数据大小清零，然后等待下一个首包。

如图3所示，所述RTSP传输配置模块作为消费者，单独开辟一个线程进行工作，RTSP的配置传输采用加载动态库(RtspCaster.dll)的方式来实现。单元一启动，首先完成图像编码格式配置、图像大小配置(长宽)、图像帧率配置、图像编码等级配置、图像通道数配置和图像采样率配置。在遥测图像解码模块不断的往全局缓存中丢数的同时，RTSP传输配置模块不断的从全局缓存中取数。每取得一组帧图像数据，将1秒时间/帧率得到的帧图像时间间隔累加，从而获取一个近似的软时间戳。将帧图像打上软时间戳，然后按照RTSP协议通过发送网卡传输给图像处理模块。

所述图像处理模块工作在一台视频服务器上，视频服务上运行有平台软件。平台软件能够接受RTSP传输配置模块发送的多组实时视频流，并显示。用户可通过平台软件观察所有实时视频图像，选择其中的一组图像执行上墙操作。

所述HDMI信号输出模块工作在一台视频解码器上，视频解码器能够反馈平台软件上的上墙指令，能够将被上墙的一组图像转换成HDMI信号输出电视或者投屏用。

Claims

1.一种遥测图像实时解码单元，基于H.265技术，由数据网络单元和图像网络单元双架构组成，包括：数据网络路由、遥测数据及图像解码计算机、视频解码器、视频服务器、电源，其中：

遥测数据及图像解码计算机包括：遥测数据接收配置模块、遥测图像解码模块、RTSP配置传输模块、采集网卡、发送网卡，处于数据网络单元中，工作在同一进程中，采集网卡接入数据网络单元，用于原始遥测数据的采集，发送网卡接入图像网络单元，用于传输实时视频流；遥测数据接收配置模块采用套接字编程，可按照UDP、UDP组播和特定源组播三种协议从数据网络采集原始遥测数据；采集网卡和发送网卡均为千兆网卡；

视频解码器包括：图像网络交换机、网卡、HDMI信号输出模块；视频服务器包括：图像处理模块、网卡；视频解码器、视频服务器处于图像网络单元中；

数据网络单元采集原始遥测数据，图像网络单元传输实时视频流，两个网络逻辑隔离，遥测数据采集与实时视频流传输互相隔离开，避免耦合出错；

遥测图像解码模块与RTSP配置传输模块采用生产者消费者模式，分别工作在不同的线程中，共用一组缓存，其中：

遥测图像解码模块作为生产者，能够依照遥测协议解析出视频数据信息，其数据结构定义为：一帧图像的大小frameSize；关键帧标识key_f；当前包大小packetSize；当前帧图像包个数total_packets；当前包序号index；当前包数据packet_data；其中frameSize为当前帧H.265格式遥测图像大小，key_f为当前帧是否关键帧标志位；packetSize表示当前包大小，total_packets表示当前H.265格式遥测图像所包含总包数，index表示当前包序号，packet_data为当前包数据；经解析后的每一帧H.265格式遥测图像被分成了若干个包packet，每一帧视频数据为一个包；

视频服务器通过图像网络交换机接受RTSP配置传输模块传出的所有实时视频流通过图像处理模块转化成实时图像，用户可选择其中的一路实时图像通过图像网络交换机向视频解码器发送上墙指令；视频解码器能够反馈视频服务器的上墙指令，通过HDMI信号输出模块将被选中的实时图像转化成HDMI信号输出电视或者投屏用；

视频数据信息中不包含时间戳信息，通过1秒时间/图像帧率估算出帧间隔时间，再将帧间隔时间进行累加，给每一帧H.265格式遥测图像打上一个近似的软时间戳。

2.根据权利要求1所述的一种遥测图像实时解码单元，所述视频服务器上安装有平台软件，通过该平台软件配置视频解码器的网络参数。