數(shù)字視頻總線在綜合航電系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭力會(huì)（海軍駐洛陽(yáng)地區(qū)航空軍事代表室，河南洛陽(yáng)，471009）

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數(shù)字視頻總線在綜合航電系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭力會(huì)
（海軍駐洛陽(yáng)地區(qū)航空軍事代表室，河南洛陽(yáng)，471009）

摘要：隨著當(dāng)前社會(huì)上數(shù)字技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字視頻總線技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，并且得到十分廣泛的應(yīng)用，使有機(jī)載傳輸系統(tǒng)中存在的的不足之處得到很好改善，使綜合航電系統(tǒng)得到進(jìn)一步發(fā)展。在綜合航電系統(tǒng)中通過(guò)應(yīng)用數(shù)字視頻總線技術(shù)可以使綜合航電系統(tǒng)工作效率得到很大提高。本文就數(shù)字視頻總線在綜合航電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字視頻總線技術(shù)；綜合航電系統(tǒng)；應(yīng)用

在現(xiàn)代飛機(jī)中綜合航電系統(tǒng)是一個(gè)重要組成部分，對(duì)飛機(jī)正常使用有著十分重要作用。在綜合航電系統(tǒng)，為能夠使其工作效率得到更好提高，從而使飛機(jī)可更好使用，應(yīng)當(dāng)對(duì)新技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用。當(dāng)前，數(shù)字視頻總線技術(shù)出現(xiàn)及發(fā)展使得其在綜合航電系統(tǒng)中發(fā)展成為可能，對(duì)數(shù)字視頻總線在綜合航電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析是較好應(yīng)用數(shù)字視頻總線技術(shù)的理論前提。

1 數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于機(jī)載數(shù)字視頻傳輸而言，機(jī)載數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)是其研究基礎(chǔ)。在當(dāng)前高速數(shù)據(jù)傳輸總線中，比較典型的代表主要包括三種，即光纖通道FC、令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)以及以及以太網(wǎng)AFDX。由于當(dāng)前對(duì)機(jī)載數(shù)字視頻傳輸具有高速、可靠要求以及特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合國(guó)外應(yīng)用較普遍方法，對(duì)于航電數(shù)字視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建最終選擇光纖通道FC。

對(duì)于光纖通道，其能夠?yàn)橄到y(tǒng)互連提供一種解決方法，該方法具有最佳數(shù)據(jù)通道及最佳網(wǎng)絡(luò)性能。光纖通道特性就是高帶寬且低延遲，其帶寬能夠達(dá)到千兆，從而使大容量傳輸音視頻成為可能。根據(jù)光纖通道技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)于機(jī)載數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)機(jī)構(gòu)而言，其主要包括兩種形式，即星型與交換式，其具體內(nèi)容可分別通過(guò)下圖表示：

圖1　星型架構(gòu)

圖2　交換型架構(gòu)

對(duì)于星型架構(gòu)而言，其視頻圖像處理機(jī)不但要處理圖像，同時(shí)還需要接收處理以及轉(zhuǎn)發(fā)視頻圖像，該架構(gòu)有單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)存在。

2 現(xiàn)有數(shù)字視頻傳輸協(xié)議

對(duì)于光纖通道機(jī)載數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)而言，其屬于硬件基礎(chǔ)，在該基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)有關(guān)航電數(shù)字視頻傳輸協(xié)議，從而最終使航電數(shù)字視頻實(shí)現(xiàn)高速傳輸。當(dāng)前，可借鑒通信協(xié)議主要包括兩種，即光纖通道-音頻視頻協(xié)議與航電數(shù)字視頻總線，其中光纖通道-音頻視頻協(xié)議相對(duì)而言有著更加廣泛的涵蓋范圍，而航電數(shù)字視頻總線是以光纖通道-音頻視頻協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行二次定義，兩者都有自身特點(diǎn)。

2.1 光纖通道-音頻視頻協(xié)議分析

光纖通道-音頻視頻協(xié)議為光纖通道的一個(gè)組成部分，其屬于高速數(shù)字視頻傳輸協(xié)議。利用容器系統(tǒng)對(duì)數(shù)字音頻及視頻轉(zhuǎn)換到光纖通道幀格式相關(guān)映射規(guī)律進(jìn)行了規(guī)定，從而為光纖通道網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字音頻及視頻的傳播提供一定標(biāo)準(zhǔn)，其所具備特點(diǎn)就是高帶寬、低延遲、低開(kāi)銷，并且其可靠性比較高，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，還不會(huì)有電磁干擾產(chǎn)生，可以使航空航天以及軍用系統(tǒng)中有掛數(shù)字音頻及視頻傳輸?shù)男枰玫綕M足，在當(dāng)前航天系統(tǒng)中的無(wú)損實(shí)時(shí)數(shù)字視頻傳播方面已經(jīng)有著十分廣泛的應(yīng)用。

光纖通道-音頻視頻協(xié)議設(shè)置了光纖通道-音頻視頻協(xié)議容器系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中可以映射多種數(shù)字音頻格式以及數(shù)字視頻格式，其中一個(gè)容器便相當(dāng)于一個(gè)視頻幀。在實(shí)際傳輸過(guò)程中，將音頻、視頻以及輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，使其成為一個(gè)大塊數(shù)據(jù)，之后再進(jìn)行傳輸，當(dāng)前傳輸系統(tǒng)中最為理想的就是容器系統(tǒng)。對(duì)于光纖通道-音頻視頻協(xié)議中的容器系統(tǒng)而言，其主要包括四個(gè)部分，即容器頭、輔助數(shù)據(jù)以及音頻數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)。其中，容器頭中包括視頻幀重要信息，該信息主要作用就是使接受方對(duì)視頻格式進(jìn)行識(shí)別。對(duì)于一個(gè)視頻幀，光纖通道-音頻視頻協(xié)議在實(shí)際傳輸過(guò)程中將其分解成為多個(gè)數(shù)據(jù)包。

對(duì)于容器系統(tǒng)定義，當(dāng)前仍無(wú)較嚴(yán)格規(guī)定，其定義基礎(chǔ)是純數(shù)據(jù)傳輸，因而有很大隨意性存在，特別是傳輸機(jī)載數(shù)字視頻過(guò)程中，對(duì)于各通道視頻幀而言，其在格式上存在很大差異，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)難度有所增加，通常情況下只在局部比較適用。

2.2 航電數(shù)字視頻總線

航電數(shù)字視頻總線也叫作ARINC818，其是為傳輸帶延遲、高帶寬且非壓縮數(shù)字視頻而開(kāi)發(fā)的視頻接口以及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前航電數(shù)字視頻總線已經(jīng)成為高性能軍用視頻系統(tǒng)中一個(gè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。航電數(shù)字視頻總線是以光纖通道-音頻視頻協(xié)議為基礎(chǔ)的，當(dāng)前，光纖通道-音頻視頻協(xié)議在F-18以及C310AMP數(shù)據(jù)中有著廣泛應(yīng)用，但其具體實(shí)現(xiàn)仍存在一定差別，而航電數(shù)字視頻是光纖通道-音頻視頻協(xié)議的進(jìn)一步發(fā)展，其能夠?yàn)闉闃?biāo)準(zhǔn)化視頻系統(tǒng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制。

航電數(shù)字視頻總線屬于串行協(xié)議，其屬于點(diǎn)到點(diǎn)且經(jīng)8B或10B編碼的，該協(xié)議主要在視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)中運(yùn)用。協(xié)議選擇包架構(gòu)方式，在應(yīng)用過(guò)程中將視頻作為中心，可靈活應(yīng)用，并且對(duì)多種功能均能夠支持，能夠在一個(gè)鏈路上復(fù)用多路視頻信號(hào)，或者對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)流以兩個(gè)通道進(jìn)行傳輸。

3 航電數(shù)字視頻傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)前數(shù)字視頻總線兩種傳播協(xié)議，在設(shè)計(jì)航電數(shù)字視頻傳輸協(xié)議方面，可分為兩種模式，即以光纖通道-音頻視頻協(xié)議為基礎(chǔ)的視頻幀傳輸模式與以航電數(shù)字視頻總線為基礎(chǔ)的視頻行傳輸模式。對(duì)于這兩種傳輸模式而言，其區(qū)別就是由圖像數(shù)據(jù)如何組織光纖通道幀，也就是使光纖通道幀負(fù)載和圖像數(shù)據(jù)兩者間建立映射關(guān)系。下面詳細(xì)分析兩種不同傳輸模式其協(xié)議設(shè)計(jì)思想以及對(duì)硬件設(shè)計(jì)所產(chǎn)生影響。

現(xiàn)作出以下設(shè)定：傳輸視頻幀為彩色，其分辨率為A×B，則視頻流為由視頻幀c所構(gòu)成序列，并且視頻幀c對(duì)應(yīng)一個(gè)容器，也就是光纖通道序列。對(duì)于第一光纖通道幀而言，其包括容器頭及對(duì)輔助對(duì)象進(jìn)行保護(hù)的對(duì)象0；對(duì)于第二光纖通道幀而言，其屬于對(duì)象2中含有一定字節(jié)第一個(gè)數(shù)據(jù)，之后依次進(jìn)行類推。

第一，視頻幀傳輸模式。對(duì)于視頻幀傳輸模式而言，其仍選擇光纖通道-音頻視頻協(xié)議定義容器，不同之處就是通過(guò)最少時(shí)間花費(fèi)來(lái)對(duì)視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。對(duì)于光纖通道幀而言，其最大負(fù)載值為2112字節(jié)，為能夠使花費(fèi)時(shí)間最少，在視頻幀數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中應(yīng)當(dāng)選擇滿幀形式，從而使總光電通道幀數(shù)量減少，也就是說(shuō)傳輸大小為A×B彩色視頻幀，應(yīng)當(dāng)包括一定數(shù)量FC滿幀以及一個(gè)剩余幀，對(duì)于滿幀數(shù)而言，其可表示為：BFull=3AB/2112，而光纖通道剩余幀為：BLoad-last-FC=3AB%2112。若需傳輸大小為600×400單色視頻幀，則所需光纖通道滿幀數(shù)為114個(gè)，所需光纖通道剩余幀大小為900字節(jié)。

對(duì)于視頻幀傳輸模式而言，其傳輸對(duì)象為視頻幀數(shù)據(jù)，所以對(duì)于傳輸硬件而言，視頻源需視頻幀大小發(fā)送緩沖，對(duì)于顯示端而言，需要同樣大小接收緩沖，對(duì)于其發(fā)送及接收過(guò)程中而言，可通過(guò)下圖表示：

圖3　視頻幀傳輸模式傳輸硬件

對(duì)于顯示端而言，必須要保證視頻幀數(shù)據(jù)完整才能夠顯示，該方式至少有一幀延時(shí)情況存在，另外，接收方在顯示組織數(shù)據(jù)方面也相對(duì)比較麻煩，其通用性比較差。

第二，視頻行傳輸模式。在該模式中，航電數(shù)字視頻總線提出與該模式相對(duì)應(yīng)傳輸硬件，如下圖所示：

圖4　視頻行傳輸模式傳輸硬件

視頻源發(fā)送僅需視頻行大小緩沖，同時(shí)顯示端接收也只需同樣大小緩沖。視頻行數(shù)據(jù)在顯示端接收之后能夠即刻驅(qū)動(dòng)顯示，與視頻顯示時(shí)序相匹配。該模式傳播過(guò)程中延遲時(shí)間為較短，大約為一個(gè)視頻行所對(duì)應(yīng)時(shí)間，與視頻幀傳輸模式相比較而言，其實(shí)時(shí)性明顯比較優(yōu)秀。

對(duì)光纖通道幀而言，其負(fù)載最大值為2112字節(jié)，其所對(duì)應(yīng)圖像點(diǎn)數(shù)為704。如果選擇視頻行傳輸模式進(jìn)行傳輸，若彩色視頻行像素點(diǎn)比704小，則視頻幀所對(duì)應(yīng)光纖通道幀的幀數(shù)是視頻幀行數(shù)；若彩色視頻行像素點(diǎn)比704大，則視頻幀所對(duì)應(yīng)光纖通道幀的幀數(shù)為視頻幀行數(shù)的倍數(shù)，也就是說(shuō)，對(duì)于A×B大小彩色視頻幀的傳輸而言，其總幀數(shù)為：BTotal=（A/704）B。幀與幀之間沒(méi)有空間段存在，一方面而言，其在發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以及接收端接收數(shù)據(jù)處理方面應(yīng)用，另一方面而言在行場(chǎng)同步中有所應(yīng)用。對(duì)于空間段大小而言，可以不同視頻格式對(duì)應(yīng)顯示時(shí)序參數(shù)作為參考。

對(duì)于XGA圖像而言，其大小為768×1024，對(duì)應(yīng)的傳輸協(xié)議可通過(guò)下圖表示：

圖5　XGA視頻圖像傳輸協(xié)議

由于視頻行像素點(diǎn)在704之上，傳輸每個(gè)視頻行所對(duì)應(yīng)光纖通道幀數(shù)為2個(gè)，出于對(duì)光纖通道幀平衡性的考考，在2個(gè)光纖通道幀中對(duì)每個(gè)視頻行數(shù)據(jù)進(jìn)行平均分配，兩幀負(fù)載均為1536字節(jié)，也就是說(shuō)，首個(gè)光纖通道幀，其在視頻行中所對(duì)應(yīng)的為前面512點(diǎn)，次光纖通道幀在視頻行中所對(duì)應(yīng)為后面512個(gè)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)在社會(huì)不斷發(fā)展，數(shù)字信息化正在不斷加強(qiáng)，在當(dāng)前綜合航電系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)字視頻總線技術(shù)的應(yīng)用，可以使視頻傳播速度得到有效提高，對(duì)綜合航電技術(shù)發(fā)展有著很大促進(jìn)作用。本文對(duì)數(shù)字視頻總數(shù)在綜合航電系統(tǒng)中應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，希望能夠給相關(guān)工作人員一定幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]楊建新,彭海軍,金石嬌.數(shù)字視頻總線在綜合航電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 航空計(jì)算技術(shù),2014(3).

[2]朱志強(qiáng). 航電系統(tǒng)中基于ADVB的數(shù)字視頻傳輸技術(shù)研究[J].測(cè)控技術(shù),2014(6).

鄭力會(huì)，男.1988.漢族.山西侯馬.本科.助理工程師 研究方向：綜合航電系統(tǒng)與航空兵器

Application of digital video bus in integrated avionics system

Zheng Lihui
（Naval Military Representative Office in Luoyang Luoyang Henan，471009）

Abstract：With the current social continuous development of digital technology,digital video bus technology began to appear and a very wide range of applications, the existence of organic carrier transmission system of the deficiencies are improved by the integrated avionics system was further developed.In the integrated avionics system,the working efficiency of the integrated avionics system can be greatly improved by using the digital video bus technology.In this paper, the application of digital video bus in integrated avionics system is analyzed.

Keywords：digital video bus technology;integrated avionics system;application

作者簡(jiǎn)介