CN109743520A - 一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，包括视频采集模块、FPGA可编程逻辑器件、帧存模块、视频压缩处理器、DDR3SDRAM存储器、及电子盘模块，其中，FPGA可编程逻辑器件包括配置模块、分辨率检测模块、及视频缩放模块，视频压缩处理器包括视频捕捉模块、视频编码模块和串行通讯模块，本发明能同时对多路高分辨率视频进行记录处理，极大地提高了视频记录系统的集成度和可靠性，降低了硬件功耗。通过FPGA可编程逻辑器件的视频缩放处理可适应视频分辨率的动态变化，极大地提高了视频记录系统的适应性和灵活性。电子盘具备双端口功能，写入和读出操作通过不同端口实现，兼顾了机上操作的可靠性和地面设备读取的便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，属于视频记录的技术领域。
背景技术
机载视频记录仪是飞行器的重要部件，由多种数字电路器件组合而成。主要功能是实时记录飞行器座舱显示器上显示的视频画面，包含飞行及训练中的各种信息，真实、直观地反映飞行员在空中的飞行和操作情况，记录视频在地面回放过程中供分析和改进，以提高训练水平。现有的机载视频记录仪一般采用DSP、视频采集电路、电子盘等主要部件。视频采集电路用于对视频信号进行采集和转换处理，DSP用于对视频信号进行压缩编码处理，电子盘用于对视频压缩文件进行存储处理。
随着机载航电技术的发展，视频记录仪呈现出了待记录视频通道多、视频分辨率高、工作过程中视频分辨率不固定的变化特点，目前已有的机载视频记录仪存在以下缺陷：采用DSP完成视频压缩编码算法，实现效率低、灵活性差，能够同时记录的视频通道少，支持的分辨率低、功耗高、体积大；当视频分辨率发生动态变更时，系统无法完成视频记录处理；电子盘读取效率低，在地面设备读取压缩文件时需要专用转接设备，操作不便。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，针对航空领域中多路视频记录灵活性差、支持分辨率低及转接操作不方便的问题，提出一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，包括：
视频采集模块，用于对机载各类制式视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号；
FPGA可编程逻辑器件，用于对视频采集模块的工作模式进行动态配置，对视频采集模块发送的数字视频信号进行分辨率检测和缩放处理；
帧存模块，用于视频缩放处理时的视频帧数据缓冲；
视频压缩处理器，用于接收FPGA处理后的数字视频信号，并进行编码和记录处理；
DDR3SDRAM存储器，用于作为视频编码过程中的帧数据缓冲；
电子盘模块，用于接收经压缩后的数字视频文件并进行存储处理；
其中，所述FPGA可编程逻辑器件包括用于对视频采集模块的工作模式进行配置的配置模块、用于对视频采集模块发送的数字视频信号分辨率规格进行检测的分辨率检测模块、及用于对视频采集模块发送的数字视频信号进行缩放处理的视频缩放模块，
所述视频压缩处理器包括用于接收经过FPGA可编程逻辑器件处理的数字视频信号的视频捕捉模块、用于对原始数字视频信号进行压缩编码处理的视频编码模块和用于接收压缩视频数据文件并转换成高速串行数据进行发送的串行通讯模块，
所述视频采集模块分别与所述配置模块、所述分辨率检测模块及所述视频缩放模块相连，
所述分辨率检测模块与所述配置模块及所述视频缩放模块相连，
所述视频缩放模块与所述帧存模块及所述视频捕捉模块相连，
所述DDR3 SDRAM存储器分别与所述视频捕捉模块、所述视频编码模块相连；
所述串行通讯模块分别与所述视频编码模块、电子盘模块相连。
优选地，所述视频采集模块对机载视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号、像素时钟信号PIXCLK、行同步信号HYSNC和场同步信号VSYNC。
优选地，所述分辨率检测模块对视频采集模块送出的视频信号进行分辨率检测，
通过像素时钟信号PIXCLK对HSYNC信号周期进行计数、通过HSYNC信号对VSYNC信号周期进行计数，
将计数结果与VESA标准的各种分辨率的行场同步时序参数进行对比，当计数结果处于某一规格分辨率行场时序参数阈值内时，则判定当前视频分辨率为该分辨率规格，并将检测结果通知配置模块和视频缩放模块。
优选地，所述视频采集模块包括有工作模式寄存器，所述配置模块与所述工作模式寄存器相连，用于根据所述分辨率检测模块的检测结果通过I2C接口对视频采集模块进行工作模式配置，
当视频分辨率规格低于720P时，视频输出配置成8bit BT656模式，当视频分辨率规格高于720P时,视频输出配置成16bit BT1120模式。
优选地，所述电子盘模块包括高速串行通讯接口和USB接口。
优选地，所述高速串行通讯接口为SATAII或PCIE2.0，所述USB接口为USB3.0接口。
本发明的有益效果主要体现在：
1.能同时对多路高分辨率视频进行记录处理，极大地提高了视频记录系统的集成度和可靠性，降低了硬件功耗。
2.通过FPGA可编程逻辑器件的视频缩放处理可适应视频分辨率的动态变化，极大地提高了视频记录系统的适应性和灵活性。
3.电子盘具备双端口功能，写入和读出操作通过不同端口实现，兼顾了机上操作的可靠性和地面设备读取的便捷性。
4.机载视频记录系统具有集成度高、功耗低、体积小、可同时记录视频通道多、可适应分辨率的动态变更、电子盘操作灵活高效等优点。
附图说明
图1是本发明一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。
一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，如图1所示，包括：
视频采集模块1，用于对机载各类制式视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号；
FPGA可编程逻辑器件2，用于对视频采集模块的工作模式进行动态配置，对视频采集模块发送的数字视频信号进行分辨率检测和缩放处理；
帧存模块6，用于视频缩放处理时的视频帧数据缓冲；
视频压缩处理器7，用于接收FPGA处理后的数字视频信号，并进行编码和记录处理；
DDR3SDRAM存储器11，用于作为视频编码过程中的帧数据缓冲；
电子盘模块12，用于接收经压缩后的数字视频文件并进行存储处理；
其中，FPGA可编程逻辑器件2包括用于对视频采集模块的工作模式进行配置的配置模块3、用于对视频采集模块发送的数字视频信号分辨率规格进行检测的分辨率检测模块4、及用于对视频采集模块发送的数字视频信号进行缩放处理的视频缩放模块5。
视频压缩处理器7包括用于接收经过FPGA可编程逻辑器件2处理的数字视频信号的视频捕捉模块8、用于对原始数字视频信号进行压缩编码处理的视频编码模块9和用于接收压缩视频数据文件并转换成高速串行数据进行发送的串行通讯模块10。
视频采集模块1分别与配置模块3、分辨率检测模块4及视频缩放模块5相连，分辨率检测模块4与配置模块3及视频缩放模块5相连，视频缩放模块5与帧存模块6及视频捕捉模块8相连，DDR3 SDRAM存储器与视频编码模块9相连；串行通讯模块10分别与视频编码模块9、电子盘模块12相连。
在一个具体实施例中，视频采集模块用于对机载视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号、像素时钟信号PIXCLK、行同步信号HYSNC和场同步信号VSYNC。视频采集模块的工作模式由FPGA可编程逻辑器件通过I2C接口进行配置。当视频分辨率规格低于720P时（像素时钟小于74.25MHz），视频输出配置成8bit BT656模式，当视频分辨率规格高于720P时（像素时钟高于74.25MHz）,视频输出配置成16bit BT1120模式。
在一个具体实施例中，FPGA可编程逻辑器件用于对视频采集模块进行工作模式配置、对其送出的视频分辨率进行实时检测，并在分辨率发生变化时对视频采集模块工作模式进行重新配置，以适应新的分辨率规格。FPGA在接收到视频信号后，将其分辨率与系统要求的分辨率进行比较，当二者一致时，不进行缩放处理，当二者不一致时，FPGA对视频进行缩放处理，转换成系统要求的分辨率规格。
在一个具体实施例中，分辨率检测模块，用于对视频采集模块送出的视频信号进行分辨率检测，具体方法是通过像素时钟信号PIXCLK对HSYNC信号周期进行计数、通过HSYNC信号对VSYNC信号周期进行计数，将计数结果与VESA标准的各种分辨率的行场同步时序参数进行对比，当计数结果处于某一规格分辨率行场时序参数阈值内时，则判定当前视频分辨率为该分辨率规格，并将检测结果通知配置模块和视频缩放模块。
在一个具体实施例中，配置模块，用于对视频采集模块的工作模式寄存器进行配置。根据分辨率检测模块的检测结果，通过I2C接口对视频采集模块进行工作模式配置，当视频分辨率规格低于720P时（像素时钟小于74.25MHz），视频输出配置成8bit BT656模式，当视频分辨率规格高于720P时（像素时钟高于74.25MHz）,视频输出配置成16bit BT1120模式。本方案支持所有符合VESA标准且分辨率规格不高于1600×1200@60Hz的视频。
在一个具体实施例中，视频缩放模块，用于对视频信号进行缩放处理。当分辨率检测模块检测到当前视频信号分辨率与系统设定的分辨率不一致时，缩放模块对视频信号进行缩放处理，转换成与系统要求的分辨率相一致的数字视频信号。当分辨率检测模块检测到的视频信号分辨率与系统设定的分辨率一致时，则不进行缩放处理。
在一个具体实施例中，视频压缩处理器，用于接收FPGA发送的数字视频信号，并做视频编码、存储处理。
在一个具体实施例中，视频捕捉模块，用于接收经FPGA处理的8bit BT656或16bitBT1120数字视频信号，并将其写入DDR3SDRAM存储器作为原始数据缓冲。视频捕捉模块最多同时支持4路1600×1200@60Hz视频(像素时钟小于162MHz)或8路720P(像素时钟小于74.5MHz)的输入处理。
在一个具体实施例中，视频编码模块，用于从DDR3SDRAM中读取待编码的原始图像，并在编码过程中向DDR3SDRAM写入重构后的图像，以作为后续图像的参考图像。将编码产生的码流数据写入DDR3SDRAM存储器中。视频编码模块最多可同时支持4路1600×1200@60Hz视频(像素时钟小于162MHz)或8路720P(像素时钟小于74.5MHz)的编码处理。
在一个具体实施例中，串行通讯模块，用于获取视频编码模块送出的码流数据，将其转换为高速串行数据写入电子盘中。高速串行接口为SATAII或PCIE2.0接口。
在一个具体实施例中，电子盘，用于存储视频压缩文件。电子盘具备双端口，分别是高速串行通信接口（SATAII或PCIE2.0）和USB3.0接口。当工作在记录仪中进行视频压缩文件记录时，视频压缩处理器通过高速串行通信接口(如SATAII或PCIE接口)将视频压缩文件写入电子盘。当电子盘从记录仪中取出用于地面设备读取压缩文件回放时，通过USB3.0标准接口与上位机相连，上位机通过USB3.0接口可高效率读取视频压缩文件。
本发明一种多路分辨率动态自适应机载视频记录仪通过视频采集模块将机上多制式视频信号转换成8bit BT656或16bit BT1120数字视频信号，并通过FPGA中的分辨率检测模块和配置模块完成对视频采集模块的分辨率自适应动态配置，通过视频缩放模块完成分辨率的归一化处理后送入视频压缩处理器进行压缩编码处理。压缩文件通过串行通讯模块写入双端口电子盘模块。
在一个具体实施例中，视频采集模块实施时，可选用常用的视频AD类器件，带有I2C接口，可对工作模式进行动态配置。可对常用的机载视频如VGA、DVI、PAL等制式视频进行解码处理。
在一个具体实施例中，FPGA可编程逻辑器件实施时，可选用Xilinx公司、Altera公司或者Lattice公司的FPGA可编程逻辑器件，在选定FPGA后，配置模块、分辨率检测模块可以采用VHDL或Verilog硬件描述语言编程实现，也可以采用图形输入方式实现。视频缩放模块可以采用VHDL或Verilog硬件描述语言编程实现，也可以采用FPGA自带的IP核实现。
在一个具体实施例中，帧存器件实施时，选用Micron公司或其他公司生产的DDR3SDRAM存储器或者SDRAM存储器实现。
在一个具体实施例中，视频压缩处理器实施时，选用海思公司的H.264编解码处理器Hi3531实现
通过以上描述可以发现，本发明一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，能同时对多路高分辨率视频进行记录处理，极大地提高了视频记录系统的集成度和可靠性，降低了硬件功耗。通过FPGA可编程逻辑器件的视频缩放处理可适应视频分辨率的动态变化，极大地提高了视频记录系统的适应性和灵活性。电子盘具备双端口功能，写入和读出操作通过不同端口实现，兼顾了机上操作的可靠性和地面设备读取的便捷性。机载视频记录系统具有集成度高、功耗低、体积小、可同时记录视频通道多、可适应分辨率的动态变更、电子盘操作灵活高效等优点。
以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于包括：
视频采集模块，用于对机载各类制式视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号；
FPGA可编程逻辑器件，用于对视频采集模块的工作模式进行动态配置，对视频采集模块发送的数字视频信号进行分辨率检测和缩放处理；
帧存模块，用于视频缩放处理时的视频帧数据缓冲；
视频压缩处理器，用于接收FPGA处理后的数字视频信号，并进行编码和记录处理；
DDR3SDRAM存储器，用于作为视频编码过程中的帧数据缓冲；
电子盘模块，用于接收经压缩后的数字视频文件并进行存储处理；
其中，所述FPGA可编程逻辑器件包括用于对视频采集模块的工作模式进行配置的配置模块、用于对视频采集模块发送的数字视频信号分辨率规格进行检测的分辨率检测模块、及用于对视频采集模块发送的数字视频信号进行缩放处理的视频缩放模块，
所述视频压缩处理器包括用于接收经过FPGA可编程逻辑器件处理的数字视频信号的视频捕捉模块、用于对原始数字视频信号进行压缩编码处理的视频编码模块和用于接收压缩视频数据文件并转换成高速串行数据进行发送的串行通讯模块，
所述视频采集模块分别与所述配置模块、所述分辨率检测模块及所述视频缩放模块相连，
所述分辨率检测模块与所述配置模块及所述视频缩放模块相连，
所述视频缩放模块与所述帧存模块及所述视频捕捉模块相连，
所述DDR3 SDRAM存储器分别与所述视频捕捉模块、所述视频编码模块相连；
所述串行通讯模块分别与所述视频编码模块、电子盘模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于：
所述视频采集模块对机载视频信号进行采集处理，得到YUV数字视频信号、像素时钟信号PIXCLK、行同步信号HYSNC和场同步信号VSYNC。
3.根据权利要求2所述的一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于：
所述分辨率检测模块对视频采集模块送出的视频信号进行分辨率检测，
通过像素时钟信号PIXCLK对HSYNC信号周期进行计数、通过HSYNC信号对VSYNC信号周期进行计数，
将计数结果与VESA标准的各种分辨率的行场同步时序参数进行对比，当计数结果处于某一规格分辨率行场时序参数阈值内时，则判定当前视频分辨率为该分辨率规格，并将检测结果通知配置模块和视频缩放模块。
4.根据权利要求3所述的一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于：
所述视频采集模块包括有工作模式寄存器，所述配置模块与所述工作模式寄存器相连，用于根据所述分辨率检测模块的检测结果通过I2C接口对视频采集模块进行工作模式配置，
当视频分辨率规格低于720P时，视频输出配置成8bit BT656模式，当视频分辨率规格高于720P时,视频输出配置成16bit BT1120模式。
5.根据权利要求1所述的一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于：
所述电子盘模块包括高速串行通讯接口和USB接口。
6.根据权利要求5所述的一种多路分辨率动态自适应机载视频记录系统，其特征在于：
所述高速串行通讯接口为SATAII或PCIE2.0，所述USB接口为USB3.0接口。
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