CN117879709A - 一种基于sdi接口相机的光纤图像传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统，运用于图像传输技术领域，其系统包括：由SDI接口相机输出SDI单端信号，通过第一SDI连接器进行采集后再进入时钟恢复模块进行电信号转换、时钟恢复；时钟恢复后的SDI单端信号经过第一自适应电缆均衡器转为差分信号；采用CWDM光发射模块将差分信号转换为光信号，通过光纤转换器发送至光纤滑环输出至光纤接收板；将光纤滑环得到的光信号输入至CWDM光接收模块，将光信号转换为差分信号后输入至第二电缆驱动器；第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至第二SDI连接器，最后输出至其他设备；采用硬件电路设计，不使用FPGA等处理器，具有系统设计简单、稳定性好、可靠性高和功耗低的优点。

Description

一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统

技术领域

本发明涉及图像传输技术领域，尤其涉及一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统。

背景技术

机载光电设备能够大范围、远距离和高分辨率地对各种目标进行侦察监视，主要以图像形式提供实时的战场态势情报。因此，图像实时稳定可靠的传输是机载光电设备正常工作的重要因素。目前对机载光电设备提出愈加严苛要求，如性能不断升级、多谱段相机综合使用、功能不断综合拓展，以及轻小型化等。

机载光电设备常用的相机数字图像接口主要为Camera Link接口、SDI接口等，根据需要二者会同时或以多通道出现。为了实现机载光电设备方位360°×N的旋转运动，通常采用光纤滑环实现滑环两端各种信号的传输，可减小机载光电设备的体积和重量。因此，需要将Camera Link接口或SDI接口输出图像的电信号转换为光信号，通过光纤滑环将多路图像实时无损、稳定可靠地由滑环一端传输至滑环另一端，再将光信号转换成电信号以Camera Link接口或SDI接口输出给其他设备。

现有技术方案是对于Camera Link接口的光纤图像传输系统，采用现场可编程门阵列(FPGA)作为处理器，实现图像的接收、处理和输出等。但系统较复杂、成本高、功耗大、可靠性较差，无法适应SDI接口的相机。

为了解决现有技术方案的不足，本申请提供了一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统，采用硬件电路设计，不使用FPGA等处理器，无需软件编程，保证光纤图像实现高速稳定可靠传输。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统，旨在解决现有技术方案较复杂、成本高、功耗大、可靠性较差，无法适应SDI接口相机的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，包括：SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板；

所述光纤发送板包括：第一SDI连接器、时钟恢复模块、第一自适应电缆均衡器、CWDM光发射模块和电源模块；所述时钟恢复模块包括：第二自适应电缆均衡器、时钟恢复器和第一电缆驱动器；

所述第二自适应电缆均衡器用于将输入的SDI单端信号转换为差分信号，并输入至所述时钟恢复器；

所述时钟恢复器用于对差分信号的时钟进行调整，得到差分信号后再输入所述第一电缆驱动器；

所述第一电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，并输入所述第一自适应电缆均衡器；

所述第一自适应电缆均衡器用于将SDI单端信号转换为差分信号后输入CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块用于接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为光信号；

所述光纤接收板包括：第二SDI连接器、第二电缆驱动器、CWDM光接收模块和电源模块；

所述CWDM光接收模块用于接收输入的光信号，并将光信号转换为差分信号后输入至所述第二电缆驱动器；

所述第二电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

进一步的，所述SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板之间的连接关系为：

所述SDI接口相机通过SMA同轴电缆与所述光纤发送板连接；

所述光纤滑环通过ST转换器依次分别与所述光纤发送板和所述光纤接收板连接；

所述光纤接收板的SMA接口通过同轴电缆与其他设备的接口连接；

所述电源模块分别通过所述SDI接口相机、所述光纤发送板和所述光纤接收板上的接插件进行连接。

进一步的，在所述光纤发送板中，所述第一SDI连接器、时钟恢复模块和第一自适应电缆均衡器组成发送信号调理电路；

所述第一SDI连接器用于采集由所述SDI接口相机输出的SDI单端信号，再进入所述时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号通过所述第一自适应电缆均衡器转为差分信号，将差分信号输入所述CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用所述CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为四种波长的光信号，通过光纤转换器发送至所述光纤滑环输出。

进一步的，在所述光纤接收板中，所述第二SDI连接器和第二电缆驱动器组成接收信号调理电路；

所述CWDM光接收模块由ST接口连接，将所述光纤滑环得到的四种波长的光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

进一步的，所述电源模块采用DC-DC和LDO组合的方式进行供电，将28V电源转换为5V，将5V电压转换成3.3V。本申请提供一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统的方法，具体步骤包括：

获取SDI接口相机输出的SDI单端信号；

将所述SDI单端信号进行处理，得到光信号；

将所述光信号通过转换后得到SDI单端信号，输出至其他设备。

进一步的，在将所述SDI单端信号进行处理，得到光信号的步骤中，具体步骤包括：

利用所述时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号通过所述第一自适应电缆均衡器转为差分信号，将差分信号输入所述CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，将差分信号转换为四种波长的光信号。

进一步的，在将所述光信号通过转换后得到SDI单端信号，输出至其他设备的步骤中，具体步骤包括：

将所述光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

本申请提供了一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统，具有以下有益效果：

本申请提供一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法及系统，实现对四路SDI接口相机输出的SDI单端信号同时调理、转换和处理；可广泛应用于机载光电设备等领域；与现有技术相比，本申请全部采用硬件电路设计，不使用FPGA等处理器，无需软件编程，利用单根单模光纤即可同时高速稳定可靠地传输四路60帧1920×1080分辨率的SDI单端信号，具有系统设计简单、稳定性好、可靠性高、成本低、光纤利用率高、体积小和功耗低的优点。

附图说明

图1为本申请实施例1的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统的结构示意图；

图2为本申请实施例1的光纤发送板的结构示意图；

图3为本申请实施例1的时钟恢复模块的结构示意图；

图4为本申请实施例1的光纤接收板的结构示意图。

图5为本申请实施例2的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法的流程示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

请参阅图1，为本申请实施例1的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统的结构示意图；具体内容包括：SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板。

所述光纤发送板包括：第一SDI连接器、时钟恢复模块、第一自适应电缆均衡器、CWDM光发射模块和电源模块；所述时钟恢复模块包括：第二自适应电缆均衡器、时钟恢复器和第一电缆驱动器；

所述第二自适应电缆均衡器用于将输入的SDI单端信号转换为差分信号，并输入至所述时钟恢复器；

所述时钟恢复器用于对差分信号的时钟进行调整，得到差分信号后再输入所述第一电缆驱动器；

所述第一电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，并输入所述第一自适应电缆均衡器；

所述第一自适应电缆均衡器用于将SDI单端信号转换为差分信号后输入CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块用于接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为光信号；

所述光纤接收板包括：第二SDI连接器、第二电缆驱动器、CWDM光接收模块和电源模块；

所述CWDM光接收模块用于接收输入的光信号，并将光信号转换为差分信号后输入至所述第二电缆驱动器；

所述第二电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

在本实施例中，系统的工作原理为：首先由四路SDI接口相机输出SDI单端信号，通过第一SDI连接器进行采集后再进入光纤发送板中的时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号经过第一自适应电缆均衡器转为差分信号，所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用所述CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为四种波长的光信号，通过光纤转换器发送至所述光纤滑环输出至光纤接收板。

所述CWDM光接收模块由ST接口连接，将所述光纤滑环得到的四种波长的光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

其中SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板之间的连接关系为：

所述SDI接口相机通过SMA同轴电缆与所述光纤发送板连接；

所述光纤滑环通过ST转换器依次分别与所述光纤发送板和所述光纤接收板连接；

所述光纤接收板的SMA接口通过同轴电缆与其他设备的接口连接；

所述电源模块分别通过所述SDI接口相机、所述光纤发送板和所述光纤接收板上的接插件进行连接。可以理解，本申请的系统应用于机载光电设备上，主要包含可见光、短波红外、中波红外等四种谱段的SDI接口相机。因此，对四种谱段的SDI接口相机输出的图像信号同时进行调理、转换和处理。实现了四路SDI接口相机的光纤图像传输，系统具有简单、成本低、功耗小和可靠性高等优点。

请参阅图2，为本申请实施例1的光纤发送板的结构示意图。

在光纤发送板中，包括第一SDI连接器、时钟恢复模块、第一自适应电缆均衡器、CWDM光发射模块和电源模块；所述第一SDI连接器、时钟恢复模块和第一自适应电缆均衡器组成发送信号调理电路。

由于SDI接口相机输出的信号是以SMA-75同轴电缆传输，所以SDI接口相机输出的信号进入发送信号调理电路后首先由第一SDI连接器进行连接；再将SDI单端信号传输至时钟恢复模块，进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复。在时钟恢复模块中具体为：第二自适应电缆均衡器将输入的SDI单端信号转换为差分信号，并输入至时钟恢复器；所述时钟恢复器对差分信号的时钟进行调整，得到差分信号后再输入所述第一电缆驱动器；所述第一电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，最后输入第一自适应电缆均衡器，提高SDI信号质量。

通过第一自适应电缆均衡器将SDI单端信号转换为差分信号，将差分信号进一步输入至CWDM光发射模块。

其中CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为四种波长的光信号，通过光纤转换器发送至所述光纤滑环输出。

在光纤发送板中，通过时钟恢复模块和第一自适应电缆均衡器的处理，改善了SDI信号的质量，减少信号的损失和失真；通过将SDI单端信号转换为差分信号，能够增强信号的抗干扰能力，提高传输的稳定性；CWDM光发射模块具有四个电光转换通道，实现了多通道的图像信号传输，满足多个SDI接口相机的需求；同时通过光纤进行传输，实现远距离的图像传输，方便在复杂环境下的应用。

请参阅图3，为本申请实施例1的时钟恢复模块的结构示意图；

在时钟恢复模块中包括：第二自适应电缆均衡器、时钟恢复器和第一电缆驱动器。

由第二自适应电缆均衡器将输入的SDI单端信号转换为差分信号后，传输至时钟恢复器；由时钟恢复器对差分信号的时钟进行调整，将差分信号进一步输入第一电缆驱动器，将差分信号转换为SDI单端信号，以实现SDI信号质量的提高。

可以理解，在时钟恢复模块中通过调整时钟恢复器的参数，可以恢复SDI信号的时钟，从而减少信号失真和噪声，提高SDI信号的质量；并消除由于传输过程中的信号干扰和衰减等因素引起的信号失真，增强信号的稳定性。

同时时钟恢复模块可以有效地避免由于传输过程中产生的各种干扰因素对系统性能的影响，提高系统的可靠性和稳定性。

请参阅图4，为本申请实施例1的光纤接收板的结构示意图。

在光纤接收板中包括：第二SDI连接器、第二电缆驱动器、CWDM光接收模块和电源模块。

因为光纤滑环输出的光信号是以ST光接口传输，所以光纤滑环输出的光信号进入CWDM光模块后首先由ST接口进行连接。

CWDM光接收模块接收光纤滑环传输的四种波长的光信号，此时将光信号转换为差分信号。

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

在本实施例中的SDI连接器采用陕西华达科技股份有限公司生产的SMA-75KWHD，时钟恢复模块中的第二自适应电缆均衡器采用TI公司生产的LMH0344SQ，时钟恢复模块中的时钟恢复器采用TI公司生产的LMH0346MHX，时钟恢复模块中的第一电缆驱动器采用TI公司生产的LMH0302SQ，第一自适应电缆均衡器采用TI公司生产的LMH0387SL，CWDM光发射模块采用中航海信光电技术有限公司生产的HTW4002，CWDM光接收模块采用中航海信光电技术有限公司HTW0402，第二电缆驱动器采用TI公司LMH0387SL。

本申请的系统已在多个型号的机载光电设备成功应用，在机载复杂电磁环境下，保证四路60帧1920×1080分辨率的可见光/红外图像数据实时高速稳定可靠传输。经验证本申请实用有效，解决了现有技术系统较复杂、成本高、功耗大、可靠性较差，无法适应SDI接口相机的问题。

综上所述，本申请实施例1提出一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，包括光纤发送板和光纤接收板，实现对四路SDI接口相机输出的可见光/红外图像信号同时调理、转换和处理。该系统具有系统简单、成本低、功耗小、可靠性高等优点，可广泛应用于机载光电设备等领域。与现有技术相比，本申请全部采用硬件电路设计，不使用FPGA等处理器，无需软件编程，利用单根单模光纤即可同时高速稳定可靠地传输四路60帧1920×1080分辨率的可见光/红外图像数据，具有系统设计简单、稳定性好、可靠性高、成本低、光纤利用率高、体积小和功耗低等优点。

实施例2

请参阅图5，为本申请实施例2的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法的流程示意图；具体步骤包括：

S1：获取SDI接口相机输出的SDI单端信号。

S2：将所述SDI单端信号进行处理，得到光信号。

在本实施例中，首先由SDI连接器进行连接，再利用所述时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号通过所述第一自适应电缆均衡器转为差分信号，将差分信号输入所述CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，将差分信号转换为四种波长的光信号。

S3：将所述光信号通过转换后得到SDI单端信号，输出至其他设备。

在本实施例中，将所述光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

综上所述，本申请实施例2通过SDI接口输出的SDI单端信号转换为光信号，由光纤滑环将多路图像实时无损、稳定可靠地由滑环一端传输至滑环另一端，再将光信号转换成SDI单端信号，以SDI接口输出给其他设备；实现对四路SDI接口相机输出的可见光/红外图像信号同时调理、转换和处理。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，其特征在于，包括：SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板；

所述光纤发送板包括：第一SDI连接器、时钟恢复模块、第一自适应电缆均衡器、CWDM光发射模块和电源模块；所述时钟恢复模块包括：第二自适应电缆均衡器、时钟恢复器和第一电缆驱动器；所述第二自适应电缆均衡器用于将输入的SDI单端信号转换为差分信号，并输入至所述时钟恢复器；

所述时钟恢复器用于对差分信号的时钟进行调整，得到差分信号后再输入所述第一电缆驱动器；所述第一电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，并输入所述第一自适应电缆均衡器；

所述第一自适应电缆均衡器用于将SDI单端信号转换为差分信号后输入CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块用于接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为光信号；

所述光纤接收板包括：第二SDI连接器、第二电缆驱动器、CWDM光接收模块和电源模块；

所述CWDM光接收模块用于接收输入的光信号，并将光信号转换为差分信号后输入至所述第二电缆驱动器；

所述第二电缆驱动器用于将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，其特征在于，所述SDI接口相机、光纤发送板、光纤滑环和光纤接收板之间的连接关系为：

所述SDI接口相机通过SMA同轴电缆与所述光纤发送板连接；

所述光纤滑环通过ST转换器依次分别与所述光纤发送板和所述光纤接收板连接；

所述光纤接收板的SMA接口通过同轴电缆与其他设备的接口连接；

所述电源模块分别通过所述SDI接口相机、所述光纤发送板和所述光纤接收板上的接插件进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，其特征在于，在所述光纤发送板中，所述第一SDI连接器、时钟恢复模块和第一自适应电缆均衡器组成发送信号调理电路；

所述第一SDI连接器用于采集由所述SDI接口相机输出的SDI单端信号，再进入所述时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号通过所述第一自适应电缆均衡器转为差分信号，将差分信号输入所述CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用所述CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，并将差分信号转换为四种波长的光信号，通过光纤转换器发送至所述光纤滑环输出。

4.根据权利要求1所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，其特征在于，在所述光纤接收板中，所述第二SDI连接器和第二电缆驱动器组成接收信号调理电路；

所述CWDM光接收模块由ST接口连接，将所述光纤滑环得到的四种波长的光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统，其特征在于，所述电源模块采用DC-DC和LDO组合的方式进行供电，将28V电源转换为5V，将5V电压转换成3.3V。

6.一种根据权利要求1所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输系统的方法，其特征在于，具体步骤包括：

获取SDI接口相机输出的SDI单端信号；

将所述SDI单端信号进行处理，得到光信号；

将所述光信号通过转换后得到SDI单端信号，输出至其他设备。

7.根据权利要求6所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法，其特征在于，在将所述SDI单端信号进行处理，得到光信号的步骤中，具体步骤包括：

利用所述时钟恢复模块进行SDI单端信号与差分信号的相互转换和对差分信号的时钟恢复；

时钟恢复后的SDI单端信号通过所述第一自适应电缆均衡器转为差分信号，将差分信号输入所述CWDM光发射模块；

所述CWDM光发射模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采用CWDM光发射模块接收所述第一自适应电缆均衡器输出的差分信号，将差分信号转换为四种波长的光信号。

8.根据权利要求6所述的一种基于SDI接口相机的光纤图像传输方法，其特征在于，在将所述光信号通过转换后得到SDI单端信号，输出至其他设备的步骤中，具体步骤包括：

将所述光信号通过光纤转换器输入至所述CWDM光接收模块；

所述CWDM光接收模块包括四个电光转换通道，内置波分复用器；同时采样四种波长的光信号并转换为差分信号，输入至所述第二电缆驱动器将差分信号转换为SDI单端信号，输入至所述第二SDI连接器，再输出至其他设备。