CN109451250A - 多路光纤高速视频信号的切换和自检装置 - Google Patents

多路光纤高速视频信号的切换和自检装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，光电转换模块阵列接收来自光纤输入的视频信号，并将光信号的视频信号转换为电信号的视频信号后输出；视频切换矩阵阵列对电信号的视频信号进行选择输出，视频切换矩阵的输出是根据ARM处理器输出的指令来进行选择，选择相应的视频信号到外部总线设备。本发明实现了将外部与总线设备通讯的12路视频输入和12路视频输出的硬接口减少至4路视频输入和4路视频输出，输入输出视频的选择可根据外部主控设备指令实时控制，从而降低了占用总线视频处理设备GTX接口的资源和数量，灵活选择，实时控制，极大的降低总线设备功耗，提高了系统的灵活性。

Description

多路光纤高速视频信号的切换和自检装置
技术领域
本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其用于海洋监测飞机的显示控制系统中多路光纤高速视频信号的光电转换、视频切换及光路自动检测，主要应用于航空数字视频传输系统，可实现多路光纤高速视频信号的切换和自检。
背景技术
伴随着航空和航天电子技术的飞速发展，传统总线已经不能满足新型航空及航天电子技术设计需求，新一代航空数字视频总线(Avionics Digital Video Bus，ADVB)标准提出了一些高分辨率、高可靠性、低延迟和抗电磁干扰性的总线规范，且已经开始转向光纤通道。其中主要用于传输机内大数据量特点的视频和音频数据总线有ARINC818总线，ARINC818总线是基于FC-AV协议制定，映射于光纤通道，主要应用于开发高带宽、低延迟和非压缩数字视频传输的视频接口和协议。目前国内自主研制的基于这类总线的收发及处理设备是基于FPGA来实现的，由于视频信号传输数据量大、实时性要求高，要求数据的传输速度非常快，因此利用FPGA对ARINC818总线传输的视频的处理必须通过配置它的GXT IPCORE来实现，但是FPGA的GXT接口数量有限，且当被较多占时会导致消耗该FPGA的资源较多，最终导致功耗过大，发热量较大。
飞机的显示控制系统要实现飞机各分系统视频信息的综合处理、集中控制及综合显示等功能。且基于显示的可靠性考虑，显示控制系统的控制往往在设计时做成双备份或者多备份，导致显示控制系统要处理和控制显示的视频数量很多，而单靠总线设备处理这些信号无论在物理接口和还是处理能力上都显得力不从心。海监飞机的后舱一共四台显示器，每台显示器一次显示其中某一路视频信号。那么ARINC818总线设备最多同时处理12路输入视频信号中的4路视频信息给4台显示器，基于可靠性考虑，每台显示器有两根备份的通道，总计12路信号的输出。
作为传输媒介的光纤除了具有传输无损耗，速率快，抗电磁干扰性能强，重量轻的优点外，还具有质地脆，机械强度差，易脏的缺点。所以设备的光纤通路完好性的自动化检测就显得特别重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，所述装置包括：光电转换模块阵列、视频切换矩阵阵列、ARM处理器；
在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于光纤输入的视频信号：
所述光电转换模块阵列用于接收来自光纤输入的视频信号，并将这些光信号的视频信号转换为电信号的视频信号后输出；
所述视频切换矩阵阵列用于对这些电信号的视频信号进行选择输出，视频切换矩阵的输出是根据ARM处理器输出的指令来进行选择，选择相应的视频信号到外部总线设备。
其中，所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备输出的输入视频信号选择指令，其首先对接收到的输入视频信号选择指令的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输入视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第一切换配置参数，然后按照第一切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵阵列作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号到外部总线设备。
其中，在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于外部总线设备输出的电信号的视频信号：
首先经过视频切换矩阵阵列进行选择输出，视频切换矩阵阵列的输出是根据ARM处理器的指令来进行切换，选择相应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
其中，所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备发出的输出视频信号选择指令，其首先对接收到的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输出视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第二切换配置参数，然后按照第二切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
其中，在光路自检时，ARM处理器通过422总线接收外部主控设备发出的自检指令数据包后，首先对数据包的有效性进行判断，当自检指令数据包的包头格式和数据包长度均正确后，对数据包进行解析，解析获取第三切换配置参数，然后按照第三切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，使得视频切换矩阵阵列作出相应切换，使得所有输入光通路和输出光通路形成闭环，ARM处理器通过读取光电转换模块阵列所有光指示引脚状态得知所有光通路的状态，并将此状态通过422总线上报，从而实现光路的自动检测和上报功能。
其中，所选用的光电转换模块阵列中的每一个光电转换模块可实现4路光信号转换为4路电信号、4路电信号转换为4路光信号；
光电转换模块阵列中光电转换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择。
其中，假设对外输入光纤数量为n条，输出光线视频信号为m条，那么光电转换模块数量至少为n/4和m/4的二者结果较大的数向上取整即可。
其中，当输入输出光线数量均为12条时，选用3个光电转换模块。
其中，所选用的视频切换矩阵阵列中的每一个视频切换模块有4输入通道和4输出通道，可实现任一路输入到任一路输出的切换选择，视频切换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择，假设对外输入光纤视频信号有x个，输出光纤视频信号为y个，那么视频切换矩阵的数量至少为x/4向上取整与y/4向上取整的和。
其中，当输入、输出光纤数量均为12条时，选用7个视频切换模块。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明最高可支持3.125Gbps的数据传输速率。本发明实现了将外部与总线设备通讯的12路视频输入和12路视频输出的硬接口减少至4路视频输入和4路视频输出，输入输出视频的选择可根据外部主控设备指令实时控制，从而降低了占用总线视频处理设备GTX接口的资源和数量，灵活选择，实时控制，极大的降低总线设备功耗，提高了系统的灵活性。针对光纤质地脆的缺点，本发明可实现光通路的自检和状态上报功能。
附图说明
图1为本发明总体电路原理示意图。
图2为本发明视频转换和切换示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明目的是提供一种基于光纤传输的高速视频信号的转换、切换和自检装置。它是一个介于对外光纤视频信号与ARINC818总线设备之间的一个接口设备，最高处理3.125Gbps的数据速率，除了能实现光、电信号的互相转换外，可以根据主控设备的指令将输入的相应视频信号切换至总线设备进行处理、将总线设备处理完成的视频信号切换至相应的显示设备。还可以根据主控设备指令进行光路状态的自动检测，并将自检结果上报给主控设备。它实现了将外部与总线设备通讯的12路视频输入和12路视频输出的硬接口减少至4路视频输入和4路视频输出，降低占用总线视频处理设备GTX接口的资源和数量，灵活选择，实时控制，降低总线设备功耗，提高系统效率。由于视频速率高，视频路数多，信号通道交错复杂，在印制板走线及信号完整性的保证上有不小的挑战，虽然光电转换模块和视频切换模块都有可选的芯片，但二者的结合及由此实现的复杂光路的切换和自检目前没有可参考的成功应用的先例。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，如图1所示，所述装置包括：光电转换模块阵列、视频切换矩阵阵列、ARM处理器；
在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于光纤输入的视频信号：
所述光电转换模块阵列用于接收来自光纤输入的视频信号，并将这些光信号的视频信号转换为电信号的视频信号后输出；
所述视频切换矩阵阵列用于对这些电信号的视频信号进行选择输出，视频切换矩阵的输出是根据ARM处理器输出的指令来进行选择，选择相应的视频信号到外部总线设备。
其中，所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备输出的输入视频信号选择指令，其首先对接收到的输入视频信号选择指令的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输入视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第一切换配置参数，然后按照第一切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵阵列作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号到外部总线设备。
其中，在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于外部总线设备输出的电信号的视频信号：
首先经过视频切换矩阵阵列进行选择输出，视频切换矩阵阵列的输出是根据ARM处理器的指令来进行切换，选择相应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
其中，所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备发出的输出视频信号选择指令，其首先对接收到的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输出视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第二切换配置参数，然后按照第二切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
其中，在光路自检时，ARM处理器通过422总线接收外部主控设备发出的自检指令数据包后，首先对数据包的有效性进行判断，当自检指令数据包的包头格式和数据包长度均正确后，对数据包进行解析，解析获取第三切换配置参数，然后按照第三切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，使得视频切换矩阵阵列作出相应切换，使得所有输入光通路和输出光通路形成闭环，ARM处理器通过读取光电转换模块阵列所有光指示引脚状态得知所有光通路的状态，并将此状态通过422总线上报，从而实现光路的自动检测和上报功能。
其中，所选用的光电转换模块阵列中的每一个光电转换模块可实现4路光信号转换为4路电信号、4路电信号转换为4路光信号；
光电转换模块阵列中光电转换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择。
其中，假设对外输入光纤数量为n条，输出光线视频信号为m条，那么光电转换模块数量至少为n/4和m/4的二者结果较大的数向上取整即可。
其中，在本设计中，当输入输出光线数量均为12条时，选用3个光电转换模块即满足需求。
其中，一项所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，所选用的视频切换矩阵阵列中的每一个视频切换模块有4输入通道和4输出通道，可实现任一路输入到任一路输出的切换选择，视频切换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择，假设对外输入光纤视频信号有x个，输出光纤视频信号为y个，那么视频切换矩阵的数量至少为x/4向上取整与y/4向上取整的和。
其中，在本设计中，当输入、输出光纤数量均为12条时，选用7个视频切换模块。
其中，所述装置用于实现光纤传输的高速视频信号的光电转换、视频切换、光路的自动检测和光路状态的上报。
实施例1
如图1所示，本实施例由ARM处理器结合电源芯片、时钟晶振芯片、视频切换芯片、光电转换芯片、422接口芯片等电路组成，ARM处理器是本装置的核心器件，这里选用Atmel公司的AT91SAM7SE512芯片，它主要完成与主控模块进行通信、指令有效性判定、数据的解包、切换指令的下发、光路状态的上报等功能。光电转换模块选择中航光电的4收发光模块4EOLTR-85-512523，它最高支持的传输带宽为3.125Gbps，并且有光指示引脚，便于光路自检。视频切换模块选择TI公司的DS25CP104A芯片。
当ARM处理器通过422总线接收到外部主控设备数据包后，首先对数据包有效性进行判断，当数据包长度和包头均正确时，认为该数据包为有效数据包并对该数据包进行解包，反之将其丢弃，根据解析的指令内容，通过I2C总线配置视频切换矩阵的寄存器，视频切换矩阵完成相应切换。
如图2所示，对于输入的12路光纤视频信号，经光电转换模块后转换为电信号后发送到输入视频切换矩阵阵列，ARM处理器通过422总线接收外部主控设备的指令信息并进行有效性判断和解包，根据指令内容通过I2C总线访问输入视频切换矩阵的控制寄存器来控制切换矩阵的切换。最终可以根据主控设备指令，将外部输入的12路视频信号中的任意4路实时切换至外部总线处理设备。
如图2所示，对于输出的光纤视频信号，总线设备将处理完成4路视频发送到输出视频切换矩阵阵列，ARM处理器通过422总线接收外部主控设备指令信息并进行有效性判断和解包，根据指令内容通过I2C总线访问输出视频切换矩阵的控制寄存器来控制切换矩阵的切换。视频切换矩阵阵列输出的12路视频信号发送至电光转换模块矩阵，将电信号转换成光信号输出。最终可实现根据指令实时将总线设备输出的4路视频信号切换输出12路视频信号。
如图2所示，本发明可实现所有输入光路和输出光路的自检功能，当ARM处理器通过422总线接收到主控设备发出的有效的自检指令后，通过I2C总线访问切换矩阵的控制寄存器，控制视频切换矩阵作出相应配置，使得所有输入光纤通道到所有输出光纤通道形成闭环，所选的光模块具有光指示引脚，当该通道有光信号时，光指示引脚置高位。ARM处理器通过读取光模块光指示引脚的状态得知该输入输出光通路的状态，并将此状态通过422总线上报给主控设备，从而可实现所有光通路的自检。
综上所述，本发明可以实现多路光纤高速视频信号的视频切换和自检，最多可支持12路光纤视频信号的输入和12路光纤视频信号的输出，可根据外界指令实时将输入的12路视频的任意4路切换至总线设备，将总线设备输出的4路视频切换至12路输出到显示设备，最高支持3.125Gbps的数据传输速率，具有光路自检和状态上报功能，可实现任一路输入通道和任一路输出通道的光通路自检，本发明将光纤传输的视频信号集中处理，灵活切换，极大的减轻了后续总线设备的负担，提高了系统的灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，所述装置包括：光电转换模块阵列、视频切换矩阵阵列、ARM处理器；
在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于光纤输入的视频信号：
所述光电转换模块阵列用于接收来自光纤输入的视频信号，并将这些光信号的视频信号转换为电信号的视频信号后输出；
所述视频切换矩阵阵列用于对这些电信号的视频信号进行选择输出，视频切换矩阵的输出是根据ARM处理器输出的指令来进行选择，选择相应的视频信号到外部总线设备。
2.如权利要求1所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，
所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备输出的输入视频信号选择指令，其首先对接收到的输入视频信号选择指令的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输入视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第一切换配置参数，然后按照第一切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵阵列作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号到外部总线设备。
3.如权利要求2所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，
在多路光纤高速视频信号的切换过程中，对于外部总线设备输出的电信号的视频信号：
首先经过视频切换矩阵阵列进行选择输出，视频切换矩阵阵列的输出是根据ARM处理器的指令来进行切换，选择相应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
4.如权利要求3所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，
所述ARM处理器用于通过422总线接收外部主控设备发出的输出视频信号选择指令，其首先对接收到的数据包的有效性进行判断，当包头及数据包的长度均正确后，对输出视频信号选择指令的数据包内容进行解析，解析获取第二切换配置参数，然后按照第二切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，随之视频切换矩阵作出相应切换后，在所有输入到视频切换矩阵阵列的视频信号中选择输出配置参数对应的视频信号至光电转换模块阵列，光电转换模块阵列这些电信号的视频信号转换为光信号的视频信号后，输出给外部显示设备。
5.如权利要求1所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，
在光路自检时，ARM处理器通过422总线接收外部主控设备发出的自检指令数据包后，首先对数据包的有效性进行判断，当自检指令数据包的包头格式和数据包长度均正确后，对数据包进行解析，解析获取第三切换配置参数，然后按照第三切换配置参数通过I2C总线对视频切换矩阵阵列的控制寄存器进行配置，使得视频切换矩阵阵列作出相应切换，使得所有输入光通路和输出光通路形成闭环，ARM处理器通过读取光电转换模块阵列所有光指示引脚状态得知所有光通路的状态，并将此状态通过422总线上报，从而实现光路的自动检测和上报功能。
6.如权利要求1-5任一项所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，所选用的光电转换模块阵列中的每一个光电转换模块可实现4路光信号转换为4路电信号、4路电信号转换为4路光信号；
光电转换模块阵列中光电转换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择。
7.如权利要求6所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，假设对外输入光纤数量为n条，输出光线视频信号为m条，那么光电转换模块数量至少为n/4和m/4的二者结果较大的数向上取整即可。
8.如权利要求7所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，当输入输出光线数量均为12条时，选用3个光电转换模块。
9.如权利要求1-5任一项所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，所选用的视频切换矩阵阵列中的每一个视频切换模块有4输入通道和4输出通道，可实现任一路输入到任一路输出的切换选择，视频切换模块数量的选择可根据对外光纤视频数量对应选择，假设对外输入光纤视频信号有x个，输出光纤视频信号为y个，那么视频切换矩阵的数量至少为x/4向上取整与y/4向上取整的和。
10.如权利要求9任一项所述的多路光纤高速视频信号的切换和自检装置，其特征在于，当输入、输出光纤数量均为12条时，选用7个视频切换模块。
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