CN112532954B - 一种机载视频一体化处理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种机载视频一体化处理系统，所述机载视频一体化处理系统包括光电转换器、FPGA、压缩芯片和双核处理器，其中：双核处理器分别与FPGA、压缩芯片、DDR3、FLASH、FC和FPGA总线适配器连接，FPGA分别与光电转换器和压缩芯片连接，光电转换器的输入为818光视频信号；双核处理器通过FC与视频处理单元连接；双核处理器依次通过FPGA总线适配器和1394B单元与视频处理单元连接；双核处理器单元，用于转换和处理视频数据；DDR3存储器中设置有视频缓冲器，视频缓冲器用于存储待处理和已经处理完毕的视频数据；FC和1394B单元用于传输转换后的IIDC视频数据。

Description

一种机载视频一体化处理系统
技术领域
本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，是一种机载视频一体化处理系统。
背景技术
当前机载设备通常使用电信号，采用屏蔽双绞线进行视频信号的传输，传输速度低，距离短，抗EMI能力差，并容易受到EMS干扰，已不能满足当下机载复杂环境对视频处理的要求，光纤视频传输因其使用光信号进行数据传输，传输速率高，距离长，无EMC问题。
传统的数字视频处理装置使用H.264压缩方法其核心编码压缩算法基本固化，采用串行处理机制；或FPGA内硬核进行H.265压缩，功耗大，开发难度大，不灵活，研发周期长。以上方法未使用光纤传输视频数据，传输速度低，距离短，EMI和EMS能力差，不能满足机载复杂环境对视频处理的要求。
IEEE1394是由美国苹果公司发明的，IEEE1394a－2000不仅规定了总线结构、数据传输协议和传输媒介，IEEE1394支持点到点传输，各个节点可脱离主机自主执行事务，支持热插拔，即插即用；支持等时包和异步数据传输；容错的拓扑结构、不会因单点故障引起整条总线的信息丢失；IEEE1394支持100Mb/s，200Mb/s，400Mb/s，800Mb/s，1600Mb/s等传输速度。又因其成本低等优点，被广泛使用。IIDC使用IEEE1394进行视频传输，协议因其支持多种传输速率和帧率，被广泛作为工业领域、车载、机载、弹载等视频传输领域，因此本研究采用1394B进行视频数据的传输。
全高清数字视频因为其分辨率高、帧率高等优点，近年来被广泛使用于视频监控、视频跟踪等领域。全高清数字视频克服了传统标清视频覆盖范围小，图像清晰度不高，视频图像利用率低下等一系列的问题。但是全高清数字视频的高分辨率和高帧率带来了极高的数据速率，给视频处理工作造成了一定的困难。其对数字视频处理装置的带宽、处理能力提出了更高的要求。
传统的高清视频处理装置主要有两种：1.基于DM6648或者DM8168视频处理器的平台；2.基于FPGA的视频处理平台。第1种装置由于其处理能力有限，已经不适合全高清数字视频的处理；第2种装置优势在于其接口资源丰富，可以适配各种格式的视频，但是其研发周期过长，调试难度大，因此限制了其大规模的应用。因此，需要一种新的全高清视频处理装置，可以在不大幅度提高应用难度的前提下提供全高清视频处理所需要的处理能力。
发明内容
为了解决全高清数字视频处理带来的数据量大的难题，本申请提供一种机载视频一体化处理系统，能够压缩、处理、传输一路视频。
本申请提供一种机载视频一体化处理系统，所述机载视频一体化处理系统包括光电转换器、FPGA、压缩芯片和双核处理器，其中：
双核处理器分别与FPGA、压缩芯片、DDR3、FLASH、FC和FPGA总线适配器连接，FPGA分别与光电转换器和压缩芯片连接，光电转换器的输入为818光视频信号；双核处理器通过FC与视频处理单元连接；双核处理器依次通过FPGA总线适配器和1394B单元与视频处理单元连接；双核处理器单元，用于转换和处理视频数据；DDR3存储器中设置有视频缓冲器，视频缓冲器用于存储待处理和已经处理完毕的视频数据；FC和1394B单元用于传输转换后的IIDC视频数据。
具体的，所述FPGA用于ARINC818协议解析，ARINC818视频格式到BT.601、BT1120或者BT.656视频格式的转换。
具体的，所述FLASH用于存储BIT测试程序、BOOT引导程序、操作系统以及应用程序。
具体的，所述压缩芯片的压缩码率范围为1Mbps－100Mbps。
具体的，所述光电转换器的协议包括ARINC818协议。
具体的，所述双核处理器采用PCIe总线，分别与压缩芯片、FC和FPGA总线适配器连接。
具体的，压缩芯片为H.265数字视频压缩单元。
具体的，双核处理器为ARM V8双核处理器。
鉴于此本发明提出一种全新的全高清视频处理装置，解决全高清视频处理存在的带宽大、数据速率高、运算量大等问题。本发明提供的全高清视频处理装置可对一路全高清视频进行接收、处理和发送。本发明的优点：
1.采用光纤传输，传输速率高，距离长，无EMC问题；
2.采用双核进行处理，效率高，可进行流水线操作，核1打包数据后，核2进行数据的传输；核2传输数据时，核1进行数据的打包。
3.压缩后的视频数据比较小(1M～10M)，极大的降低了传输带宽要求；
4.采专用的压缩芯片功耗低；
附图说明
图1为本申请提供的一种机载视频一体化处理系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本申请提供的一种机载视频一体化处理系统，系统包括：一路光电转换器，用于视频信号的光电转换；FPGA，用于将信号按照ARINC818数字视频协议进行解析和转换；一个压缩芯片；一个视频缓冲器，该缓冲器建立在DDR3存储器中，用于存储待处理和已经处理完毕的数字视频数据；双核处理器用于转换和处理视频数据，FC和1394B单元用于传输转换后的IIDC视频格式数据。
需要说明的是，光电转换器的标准包括ARINC818，压缩芯片的类型包括H.265数字视频压缩单元，，本申请对此不做具体限定。
在上述方法中，ARINC818光电转换器用于将1路采用双MAC的ARINC818总线光纤输入信号转化为电信号；供FPGA进行ARINC818协议解析，同时在双核CPU的控制下完成ARINC818视频格式到BT.601，BT1120，BT.656的其中一种格式的转换，每秒钟帧频为30Hz；并输出到视频压缩芯片进行H.265编码。
在上述方法中，H.265数字视频压缩、上传处理单元，单元主要包括视频处理芯片、DDR3SDRAM存储器，FLASH组成。视频处理芯片在软件的控制下完成视频的压缩，并在视频上传软件的控制下通过PCIE总线，把压缩的视频上传给CPU进行视频转换处理及传输。DDR3控制器完成等待格式转换的视频数据的缓存。FLASH主要存储BIT测试程序、BOOT引导程序、操作系统以及应用程序。
在上述方法中，H.265压缩编码芯片，图像压缩码率可由软件进行设置，压缩码率设置范围为1Mbps～100Mbps。
在上述方法中，视频转换处理及传输处理器采用ARM V8核的双核处理器，该双核CPU的一个核完成压缩视频的IIDC的转换，其转换在DDR3中完成；转换结束后使用环形缓冲区的方式提高转换速率和效率，由中断或者查询方式通知另外一个核把转换后的IIDC数字格式视频通过1394B总线等时包传输出，采用8个环形缓冲队列，FPGA适配逻辑主要完成PCIE总线到1394B总线前段的逻辑适配。
在上述方法中，一体化数字视频处理方法，其特征在于：视频处理器为ARMV8核的双核处理器。根据权利要求5中所述的一体化数字视频处理方法，其特征在于：该视频处理器的一个核转换后的视频格式符合IIDC协议Format＿1格式，MODE＿0和MODE＿2的格式：其中：MODE＿0为：800X 600YUV(4：2：2)，16bit/pixel，15fps，30fps，60fps。Mode＿3：1024x768YUV(4：2：2)16bit/pixel；15fps，30fps。
实施例二
1.视频数据的采集
首先使用光电收发器经数字视频光信号转换为数字视频电信号，FPGA通过GTX高速接口将ARINC818协议视频数据信息送到逻辑内部的ARINC818接口模块，通过内部的协议视频数据解码模块将其解析成视频数据和附加数据，再送到FPGA逻辑内部的视频格式转换接口，在处理器的控制下通过视频格式转换模块，将视频数据解析成BT.601，BT1120，BT.656的其中一种格式的转换，每秒钟帧频为30Hz；并输出到视频压缩芯片进行H.265编码。
2.视频数据的压缩
HI3559V101具备UART、I2C、SPI、SDIO、USB等多种接口，便于进行其他功能的物理扩展，且具备一定的图像预处理功能如去噪、增强、缩放、旋转等，Hi3559V101作为新一代行业专用HD IP摄像机SOC，集成新一代ISP，采用H.265视频压缩编码器，同时采用低功耗工艺和低功耗架构设计，使得Hi3559V101具备低码率，高图像质量，低功耗等特点。视频压缩模块则采用国产芯片HI3559，压缩单元主要包括视频处理芯片、DDR3SDRAM存储器，FLASH组成。压缩单元在软件的控制下完成视频的压缩，并在视频上传软件的控制下通过PCIE总线，把压缩的视频上传给CPU进行视频转换处理及传输。
3.视频数据的格式转换
IIDC是通用的视频数据处理格式，本研究采用ARM V8核的双核处理器，该双核CPU的一个核完成压缩视频的IIDC的转换，其转换在DDR3中完成；转换结束后使用环形缓冲区的方式提高转换速率和效率，由中断或者查询方式通知另外一个核把转换后的IIDC数字格式视频，再通过PCIe总线传输给1394B模块或者FC子卡模块。
4.视频数据的传输
转换成IIDC格式的视频数据通过1394B总线或者FC光纤子卡进行数据的传输，其中使用1394B总线传输时，采用FPGA进行1394B总线的前端逻辑的适配，将PCIe总线转换成为1394B的异步总线，使用DMA、环形队列等技术增加数据的传输带宽；视频数据通过FC子卡传输时，则采用标准的FC子卡。
综上所述，本申请基于光纤和1394B进行视频数据传输：首先采用818光纤进行视频数据的采集，在FPGA逻辑中进行ARINC818协议解析和视频格式转换，将转换后的视频格式使用H.265压缩编码，上传到处理器进行IIDC协议转化，最后使用FC光纤或者1394B总线进行视频数据的传输。IIDC视频数据的传输等一体化视频处理技术有着广阔的应用前景和广泛的推广价值。

Claims (6)

1.一种机载视频一体化处理系统，其特征在于，所述机载视频一体化处理系统包括光电转换器、FPGA、压缩芯片和双核处理器，其中：
双核处理器分别与FPGA(Field Programmable Gate Array)、压缩芯片、DDR3、FLASH、光纤子卡单元(FC，Fiber Center)和FPGA总线适配器连接，FPGA分别与光电转换器和压缩芯片连接，光电转换器的输入为818光视频信号；双核处理器通过FC与视频处理单元连接；双核处理器依次通过FPGA总线适配器和1394B(IEEE 1394B总线)单元与视频处理单元连接；双核处理器单元，用于转换和处理视频数据；DDR3存储器中设置有视频缓冲器，视频缓冲器用于存储待处理和已经处理完毕的视频数据；FC和1394B单元用于传输转换后的IIDC视频数据；
所述光电转换器的协议包括ARINC818协议；ARINC818光电转换器用于将1路采用双MAC的ARINC818总线光纤输入信号转化为电信号；供FPGA进行ARINC818协议解析，同时在双核CPU的控制下完成ARINC818视频格式到BT.601，BT1120，BT.656的其中一种格式的转换，每秒钟帧频为30Hz；并输出到视频压缩芯片进行H.265编码；
双核处理器为ARM V8双核处理器；该双核CPU的一个核完成压缩视频的IIDC的转换，其转换在DDR3中完成；转换结束后使用环形缓冲区的方式提高转换速率和效率，由中断或者查询方式通知另外一个核把转换后的IIDC数字格式视频通过1394B总线等时包传输出，采用8个环形缓冲队列。
2.根据权利要求1所述的机载视频一体化处理系统，其特征在于，所述FPGA用于ARINC818协议解析，ARINC818视频格式到BT.601、BT1120或者BT.656视频格式的转换。
3.根据权利要求1所述的机载视频一体化处理系统，其特征在于，所述FLASH用于存储BIT测试程序、BOOT引导程序、操作系统以及应用程序。
4.根据权利要求1所述的机载视频一体化处理系统，其特征在于，所述压缩芯片的压缩码率范围为1Mbps－100Mbps。
5.根据权利要求1所述的机载视频一体化处理系统，其特征在于，所述双核处理器采用PCIe总线，分别与压缩芯片、FC和FPGA总线适配器连接。
6.根据权利要求1所述的机载视频一体化处理系统，其特征在于，压缩芯片为H.265数字视频压缩单元。
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