CN107743183A - 一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统及方法。其中，该系统包括：高速串行数据接收模块、数据混编合成模块和通道数据融合模块；其中，所述高速串行数据接收模块接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号；所述数据混编合成模块接收若干路并行数字信号，并截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号；所述通道数据融合模块接收若干路混编后数字信号，按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。本发明减少了数字传输中的误码，提高了图像信噪比和数据传输效率，并且减少了电路规模，提高了资源利用率。

Description

一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统及方法

技术领域

本发明属于航天遥感相机视频电子学技术领域，尤其涉及一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统及方法。

背景技术

随着空间探测技术的发展，遥感相机向着高分辨率、多光谱、宽覆盖等方向发展，星上遥感相机传输的数据量越来越大，必然会造成视频电路系统越来越庞大，占用更多的卫星资源。尤其在应用CCD/CMOS高速图像传感器进行图像采集的系统中，传输数据量大、通道多是限制遥感相机高速率、小型化、集成化发展的主要条件之一。

航天遥感相机中的视频电路系统主要包括三部分：焦平面电路、信号处理电路和积分时间电路。焦平面电路的功能是驱动CCD输出模拟信号；信号处理电路的功能是完成对CCD模拟信号的采样，以及接收积分时间电路发送的辅助数据进行数据合成；积分时间电路的功能是为焦平面电路和信号处理电路的工作提供同步信号。

目前，常用的信号处理电路的实现方法一般是一块CCD信号处理电路完成对一片或者多片CCD模拟信号的采样和数据合成功能，包括AD相关双采样电路、FPGA和数传芯片，AD相关双采样电路与FPGA相连，FPGA与数传芯片相连；AD相关双采样电路对输入的CCD信号进行采样，将模拟信号转变为数字信号，输入到FPGA；FPGA包括数据合成器，按P、B不同谱段分别对FPGA所接收的多路数字信号进行数据合成，按约定格式添加辅助数据后分别输出给数传芯片。具体实现方法如图1所示，焦面P区2路模拟信号和B区2路模拟信号经过AD采样之后分别转变为2路数字信号，添加辅助数据进行数据合成，再把P区、B区合成后的数据发送到数传接口。如果一片CCD输出的模拟信号的通道数比较多，或者一块信号处理电路需要同时处理多片CCD数据，那么需要的AD采样电路也随之增多，会增加电路规模，降低资源利用率；CCD图像数据传输有效位数通常为11bit、12bit，而高速图像传输芯片一般采用16bit传输，因此在传输效率上产生了一定程度的降低；上述电路拓扑结构下的焦平面模拟信号采用铜轴电缆方式传输，电缆长度限制了模拟信号的传输质量，引入了多余噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统及方法，极大地减少数字传输中的误码，提高图像信噪比和数据传输效率，降低电路规模，提高资源利用率。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一个方面，本发明提出了一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统，包括：高速串行数据接收模块、数据混编合成模块和通道数据融合模块；其中，所述高速串行数据接收模块接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号，再输出若干路并行数字信号到数据混编合成模块；所述数据混编合成模块接收若干路并行数字信号，并截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号，再输出若干路混编后数字信号到通道数据融合模块；所述通道数据融合模块接收若干路混编后数字信号，按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，还包括时钟同步复位管理模块；其中，所述时钟同步复位管理模块对高速串行数据接收模块产生第一工作时钟、第一同步信号和第一复位信号；其中，第一复位信号有效时，所述高速串行数据接收模块处于复位状态；第一复位信号无效时，所述高速串行数据接收模块根据第一工作时钟和第一同步信号来控制工作时刻；所述时钟同步复位管理模块对数据混编合成模块产生第二工作时钟、第二同步信号和第二复位信号；其中，第二复位信号有效时，所述数据混编合成模块处于复位状态；第二复位信号无效时，所述数据混编合成模块根据第二工作时钟和第二同步信号来控制工作时刻；所述时钟同步复位管理模块对通道数据融合模块产生第三工作时钟、第三同步信号和第三复位信号；其中，第三复位信号有效时，所述通道数据融合模块处于复位状态；第三复位信号无效时，所述通道数据融合模块根据第三工作时钟和第三同步信号来控制工作时刻。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，所述数据混编合成模块包括移位寄存器、第一数据存储器和数据拆分模块；其中，所述移位寄存器接收若干路并行数字信号并对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号；所述第一存储器接收移位寄存器发送的第二并行数字信号并进行数据存储，然后将第二并行数字信号发送给数据拆分模块；所述数据拆分模块将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，所述通道数据融合模块包括第二存储器、第三存储器和通道融合模块；其中，第二存储器存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号，并将奇数行混编数字信号传输给通道融合模块；第三存储器存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号，并将偶数行混编数字信号传输给通道融合模块；通道融合模块将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号发送给数传接口。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，所述时钟同步复位管理模块包括复位延时及同步采样模块和DCM时钟生成模块；其中，复位延时及同步采样模块产生第一同步信号和第一复位信号、第二同步信号和第二复位信号、第三同步信号和第三复位信号；DCM时钟生成模块产生第一工作时钟、第二工作时钟和第三工作时钟。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，所述高速串行数据接收模块采用高速图像传输芯片接收焦面电路发送的若干路串行数字信号。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统中，若干路串行数字信号包括P谱段串行数字信号和B谱段串行数字信号。

另一方面，本发明还提出了一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法,所述方法包括如下步骤：接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号；截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号；将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法中，截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号进一步包括如下步骤：对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号；存储第二并行数字信号；将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

进一步地，上述高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法中，将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号进一步包括如下步骤：存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号；存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号；将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明对原有的信号处理电路实现方法进行改良，删除AD采样模块，直接接收焦面电路发送的数字信号进行数据处理，缩短了模拟信号走线，提高了信噪比，减少了电路规模，提高了资源利用率；

(2)本发明采用高速图像传输芯片进行数据接收和串并转换，并对有效像元重新进行像元拼接和编码，，充分利用了高速图像传输芯片的所有比特位，优化高低数据位的排布，极大地减少了数字传输中的误码，提高了图像信噪比和数据传输效率；

(3)本发明同时把P、B谱段多个通道的数据进行混合编排合成一路数据输出，提高了数据传输速率，节省了电路资源，为航天遥感相机小型化、集成化发展提供前提条件。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有技术中信号处理电路数据处理系统的框架图；

图2为本发明实施例提供的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统的框架图；

图3为本发明实施例提供的数据混编合成模块的框架图；

图4为本发明实施例提供的数据混编合成模块的像元混合编码传输格式示意图；

图5为本发明实施例提供的通道数据融合模块的框架图；

图6为本发明实施例提供的时钟同步复位管理模块的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

装置实施例：

参见图2，图2为本发明实施例提供的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统的框架图。如图所示，本发明实施例提供的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统包括：高速串行数据接收模块、数据混编合成模块和通道数据融合模块。其中，

高速串行数据接收模块接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号，再输出若干路并行数字信号到数据混编合成模块。具体实施时，由于将AD采样模块引入焦面电路，信号处理电路直接接收焦面电路的数字信号，由高速串行数据接收模块采用高速图像传输芯片接收焦面电路发送的P谱段串行数字信号和B谱段串行数字信号总共N个通道的串行数据并进行串并转换，再输出N路并行数据到数据混编合成模块。

数据混编合成模块接收若干路并行数字信号，并截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号，再输出若干路混编后数字信号到通道数据融合模块。

通道数据融合模块接收若干路混编后数字信号，按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号发送给数传接口。数传输出数据信号包括辅助数据和有效像元数据，具体实施时，按照数传格式要求添加辅助数据在前，有效像元在后进行排序输出。

上述实施例中，高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统还包括时钟同步复位管理模块。其中，

时钟同步复位管理模块对高速串行数据接收模块产生第一工作时钟、第一同步信号和第一复位信号；其中，第一复位信号有效时，高速串行数据接收模块处于复位状态；第一复位信号无效时，高速串行数据接收模块处于正常工作状态，高速串行数据接收模块根据第一工作时钟和第一同步信号来控制工作时刻；

时钟同步复位管理模块对数据混编合成模块产生第二工作时钟、第二同步信号和第二复位信号；其中，第二复位信号有效时，数据混编合成模块处于复位状态；第二复位信号无效时，数据混编合成模块处于正常工作状态，数据混编合成模块根据第二工作时钟和第二同步信号来控制工作时刻；

时钟同步复位管理模块对通道数据融合模块产生第三工作时钟、第三同步信号和第三复位信号；其中，第三复位信号有效时，通道数据融合模块处于复位状态；第三复位信号无效时，通道数据融合模块处于正常工作状态，通道数据融合模块根据第三工作时钟和第三同步信号来控制工作时刻。

图3为本发明实施例提供的数据混编合成模块的框架图。如图3所示，数据混编合成模块包括移位寄存器、第一数据存储器和数据拆分模块。其中，

移位寄存器接收若干路并行数字信号并对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号。

第一存储器接收移位寄存器发送的第二并行数字信号并进行数据存储，然后将第二并行数字信号发送给数据拆分模块。

数据拆分模块将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

具体的，数据混编合成模块截取视频电路有效像元位数重新进行像元拼接和编码传输，输出新的并行数据到N通道数据融合模块，高速图像传输芯片传输16bit数据(B15～B0)，B15是最高位，B0是最低位，以每像元12bit量化为例，采用混合编码的方式使用高速图像传输芯片的全部16bit数据位。假设每通道有效像元个数为CpIt_DataNum_g，则混合编码完成的像元个数为CpIt_DataNum_g*12/16。具体方法如图3所示，利用移位寄存器先把12bit数据拼成48bit数据，然后存进第一存储器进行数据缓存，第一存储器读出来的48bit数据再拆分为16bit数据进行后面的数传操作，满足数据传输要求。其中辅助数据大小为16个字节，即8个字，不进行重新编码，直接按字节输出。数据传输时，按照辅助数据在前，有效像元在后的顺序进行传输，最后混合编码完成的像元传输格式示意图如图4所示，以第1行前4个像元为例，每个像元12bit量化，4个像元共48bit，通过图3的移位寄存器拼成48bit数据，然后再拆成16bit数据进行传输。可以看出，第1行第1个像元完整占用12bit，剩余的4bit是第1行第2个像元的高4bit数据，混编完成第1个16bit；第1行第2个像元的低8bit数据占用高速图像传输芯片的高8bit数据位，低8bit数据是第1行第3个像元的高8bit数据，混编完成第2个16bit；第1行第3个像元的低4bit数据和第1行第4个像元的全部12bit数据混编完成第3个16bit；至此，4个像元正好拼完一轮，一共混编成3个字，以此类推，一直到全部像元编码完成。

本实施例采用高速图像传输芯片进行数据接收和串并转换，并对有效像元重新进行像元拼接和编码，采用12bit图像在16bit传输通道进行编码传输，充分利用了高速图像传输芯片的所有比特位，优化高低数据位的排布，极大地减少了数字传输中的误码，提高了图像信噪比和数据传输效率。

图5为本发明实施例提供的通道数据融合模块的框架图。如图5所示，通道数据融合模块包括第二存储器、第三存储器和通道融合模块。其中，

第二存储器存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号，并将奇数行混编数字信号传输给通道融合模块。第三存储器存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号，并将偶数行混编数字信号传输给通道融合模块。通道融合模块将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号发送给数传接口。

具体的，如图5所示，数据混编合成模块发送过来的每路16bit数据分成奇偶行分别存入第二存储器和第三存储器两个数据存储器，进行乒乓操作，为了防止有一行数据错误进而影响后面所有行数据错误的情况发生。然后按照数传格式要求从头到尾生成每个数据存储器的读使能，依次读出存入数据存储器的数据，把不同相机的全色和多光谱的N路数据混合编排合成一路数据发送到数传接口。

图6为本发明实施例提供的时钟同步复位管理模块的内部结构示意图。如图6所示，时钟同步复位管理模块包括复位延时及同步采样模块和DCM时钟生成模块。其中，复位延时及同步采样模块产生第一同步信号和第一复位信号、第二同步信号和第二复位信号、第三同步信号和第三复位信号；DCM时钟生成模块产生第一工作时钟、第二工作时钟和第三工作时钟。

具体的，时钟同步复位管理模块主要负责产生每个功能模块的工作时钟、同步信号和复位信号，包括复位延时及同步采样模块和DCM时钟生成模块，模块内部结构如图6所示，对输入的时钟、复位以及同步等信号进行采样处理，产生全局的复位信号和时钟信号等。复位延时及同步采样模块对外部的复位信号进行延时处理并且与同步信号进行绑定，产生新的复位信号供相应模块进行复位使用，输入同步信号进行双采样之后输出。DCM时钟生成模块应用内部生成的复位信号和时钟信号，产生全局时钟信号和分频时钟信号。保证电路系统输入条件正确，工作状态稳定可靠。

方法实施例：

本实施例还提出了一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法,该方法包括如下步骤：接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号；截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号；将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。

上述实施例中，截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号进一步包括如下步骤：对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号；存储第二并行数字信号；将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

上述实施例中，将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号进一步包括如下步骤：

存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号；

存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号；

将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号。

本实施例对原有的信号处理电路实现方法进行改良，删除AD采样模块，直接接收焦面电路发送的数字信号进行数据处理，缩短了模拟信号走线，提高了信噪比，减少了电路规模，提高了资源利用率；本实施例能够把同时把P、B谱段多个通道的数据进行混合编排合成一路数据输出，提高了数据传输速率，节省了电路资源，为航天遥感相机小型化、集成化发展提供前提条件。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统，其特征在于包括：高速串行数据接收模块、数据混编合成模块和通道数据融合模块；其中，

所述高速串行数据接收模块接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号，并将若干路并行数字信号传输给所述数据混编合成模块；

所述数据混编合成模块接收若干路并行数字信号，并截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号，并将若干路混编后数字信号传输给所述通道数据融合模块；

所述通道数据融合模块接收若干路混编后数字信号，按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。

2.根据权利要求1所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统,其特征在于，还包括时钟同步复位管理模块；其中，

所述时钟同步复位管理模块对高速串行数据接收模块产生第一工作时钟、第一同步信号和第一复位信号；其中，第一复位信号有效时，所述高速串行数据接收模块处于复位状态；第一复位信号无效时，所述高速串行数据接收模块根据第一工作时钟和第一同步信号来控制工作时刻；

所述时钟同步复位管理模块对数据混编合成模块产生第二工作时钟、第二同步信号和第二复位信号；其中，第二复位信号有效时，所述数据混编合成模块处于复位状态；第二复位信号无效时，所述数据混编合成模块根据第二工作时钟和第二同步信号来控制工作时刻；

所述时钟同步复位管理模块对通道数据融合模块产生第三工作时钟、第三同步信号和第三复位信号；其中，第三复位信号有效时，所述通道数据融合模块处于复位状态；第三复位信号无效时，所述通道数据融合模块根据第三工作时钟和第三同步信号来控制工作时刻。

3.根据权利要求1所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统,其特征在于，所述数据混编合成模块包括移位寄存器、第一数据存储器和数据拆分模块；其中，

所述移位寄存器接收高速串行数据接收模块发送的若干路并行数字信号并对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号发送给第一存储器；

所述第一存储器接收移位寄存器发送的第二并行数字信号并进行数据存储，然后将第二并行数字信号发送给数据拆分模块；

所述数据拆分模块将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

4.根据权利要求1所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统,其特征在于，所述通道数据融合模块包括第二存储器、第三存储器和通道融合模块；其中，

第二存储器存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号，并将奇数行混编数字信号传输给通道融合模块；

第三存储器存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号，并将偶数行混编数字信号传输给通道融合模块；

通道融合模块将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号发送给数传接口。

5.根据权利要求2所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统，其特征在于：所述时钟同步复位管理模块包括复位延时及同步采样模块和DCM时钟生成模块；其中，

复位延时及同步采样模块产生第一同步信号和第一复位信号、第二同步信号和第二复位信号、第三同步信号和第三复位信号；

DCM时钟生成模块产生第一工作时钟、第二工作时钟和第三工作时钟。

6.根据权利要求1所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统，其特征在于：所述高速串行数据接收模块采用高速图像传输芯片接收焦面电路发送的若干路串行数字信号。

7.根据权利要求1所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输系统，其特征在于：若干路串行数字信号包括P谱段串行数字信号和B谱段串行数字信号。

8.一种高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤：

接收焦面电路发送的若干路串行数字信号进行串并转换得到若干路并行数字信号；

截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号；

将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号。

9.根据权利要求8所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法，其特征在于：截取若干路并行数字信号的有效像元量化位数重新编码得到若干路混编后数字信号进一步包括如下步骤：

对并行数字信号的有效像元量化位数进行移位操作得到第二并行数字信号；

存储第二并行数字信号；

将第二并行数字信号按照图像传输要求进行数据拆分得到混编后数字信号。

10.根据权利要求8所述的高速视频电路多通道融合与数据混编传输方法，其特征在于：将若干路混编后数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后进行通道融合合成一路数字信号进一步包括如下步骤：

存储若干路混编数字信号中的奇数行混编数字信号；

存储若干路混编数字信号中的偶数行混编数字信号；

将奇数行混编数字信号和偶数行混编数字信号按照数传格式要求添加辅助数据并且排序后合成一路数字信号。