专利名称：一种航空电子视频发送系统的制作方法
技术领域：
本发明属于视频传输技术领域，涉及视频传输发送端系统，具体涉及一种航空电子视频发送系统。
背景技术：
二十世纪末，随着航空电子系统的快速发展，数字化数据量明显增长，传统的 155 等机载总线由于带宽较低，无法满足航电应用中高速、实时性的要求。美军于1987年提出“宝石柱”计划，首次提出将光线通道(Fibre Channel，简称FC)技术应用于机载总线网络。光纤通道网络技术是美国国家标准委员会的X3T11小组于1988年开始制定的一种高速串行传输协议。其具有高速度、低延迟、低错位率等特征，且支持多种上层协议映射， 能够很好满足新型航空电子互联系统的要求，已成为航空电子统一网络的主要候选协议。光纤通道音视频协议(FC-AV，Fibre Channel-Audio Video)通过容器系统规定了数字音、视频到FC帧格式的映射规则，为FC网络传输数字音视频提供了一种标准，能够满足航空电子网络中高速的数字音视频传输需要。FC-AV协议技术目前已在F/A-18“大黄蜂” 战斗机和C-130 “大力神”运输机的航电现代化改造中得以应用。在民用电信网络的骨干网，目前国内外均趋向于使用WDM技术(Wavelength Division Multiplexing，波分复用技术)的终端系统来进行物理层的传输，提供非常高的网络带宽。WDM概念的核心是使用不同频率的光波在同一根光纤中传输，每路光波之间相互独立，充分扩展了网络的带宽。近年来，机载视频采集设备进一步增加，视频数据量急剧增加，而目前常用的在光纤通道上采用FC-AV协议传输视频的方法，每路视频所占用的带宽均取决于光纤自身带宽，对于某些复杂视频流，光纤自身带宽无法完全满足视频传输的实时性要求；另一方面， 同时传输多路视频，传输媒质需要使用到多条光纤，且每条光纤一般带宽都不超过10GHz， 这使得机载网络变得非常复杂，且光纤近30THz的巨大潜在带宽容量没有得到充分利用。
发明内容
我发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种航空电子视频发送系统。该发送端系统能够根据视频源类型的不同，为其分配虚通道，满足了不同视频流对带宽的不同要求以及复杂视频流的高实时性要求；同时将虚通道与光波波长相匹配，利用 WDM技术，融合多路视频在单路光纤中传输，简化了机载网络结构，提高了光纤带宽的利用率。本发明克服了传统利用FC-AV协议的发送视频过程中多路视频传输带宽分配不合理、 光纤带宽利用率不高的问题。本发明的一种航空电子视频发送系统，包括视频预处理模块、虚通道分配模块、数据链路服务模块和发送端口模块；所述的视频预处理模块完成视频的前期处理，视频预处理模块与外部视频源交互，获取多路视频流，从各视频流中提取视频帧，按FC-AV协议将视频帧封装为容器，发送至虚通道分配模块；所述的虚通道分配模块获得容器后，读取容器头中包含的对象数信息， 解析视频源类型，并为其分配虚通道，完成分配后数据块(对于简单视频，数据块即为容器，对于复杂视频，数据块为容器的一部分)通过分配队列进入数据链路服务模块；所述的数据链路服务模块提供F登陆、P登陆、信用管理端口服务，并在完成登陆后，将数据块映射为序列，封装成FC帧，完成完整性检查后，向发送端口模块发送；所述的发送端口模块将电信号转换为光信号，并对各队列中的数据进行光复用，通过光纤向视频接收系统发送。本发明具有的优点在于(1)本发明提供的一种航空电子视频发送系统，考虑到在航空电子网络中视频传输对系统可靠性要求相对较低而对实时性有较高要求，因此首先根据不同的视频源类型为其分配虚通道，保证不同视频流的不同带宽要求，其次，去除了 FC-FS协议中要求的CRC (循环冗余校验)校验和8B/10B编码而替之以完整性校验，由此提高了系统的实时性；(2)本发明提供的一种航空电子视频发送系统，在物理层使用WDM技术取代光纤通道的FC-O层，能够在单路光纤上传输多路视频，大大增加了传输带宽。
图1:本发明提出的—图2:本发明提出的—图3:本发明提出的—图4:本发明提出的—图5:本发明提出的—图6:本发明提出的—图7:本发明提出的—图中1-视频预处理模块；4-发送端口模块；103-容器封装子模块；203-排队子模块；303-完整性检查子模块；402-光波复用子模块；
-种航空电子视频发送系统的结构示意-种航空电子视频发送系统的通道配置子模块的流程4中航空电子视频发送系统的排队子模块的示意4中航空电子视频发送系统的FC帧格式；
4中航空电子视频发送系统的完整性检查子模块的流程4中航空电子视频发送系统的网络层次结构；
4中航空电子视频发送系统的FC-AV容器系统。
2-虚通道分配模块； 101-视频采集子模块；
201-视频源解析子模块 301-序列生成子模块; 304-端口服务子模块； 403-光纤连接口子模块c
3-数据链路服务模块； 102-视频帧提取子模块；
202-通道配置子模块 302-FC帧处理子模块 401-光电转换子模块
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明提出的一种航空电子视频发送系统，如图1所示，包括视频预处理模块1、 虚通道分配模块2、数据链路服务模块3和发送端口模块4。所述的视频预处理模块1完成视频的前期处理，并按FC-AV协议将视频帧封装为容器。所述的虚通道分配模块2根据视频解析所得结果，按照指定规则为各路视频分配虚通道，并对各通道待发送数据进行排队。所述的数据链路服务模块3提供F登陆、P登陆、信用管理等端口服务，将数据块映射为序列并封装成FC帧进行发送。所述的发送端口模块 4将电信号转换为光信号，并对各队列中的数据进行光复用，通过光纤向接收端发送。视频预处理模块1与外部视频源交互，采集获得多路视频流，从各视频流中提取视频帧，将视频帧封装为容器后，发送至虚通道分配模块2。虚通道分配模块2获得容器后， 读取容器头内容，解析视频源格式，并为其分配虚通道，完成分配后数据块通过分配队列进入数据链路服务模块3。数据链路服务模块完成登陆后，将数据块封装成FC帧，完成完整性检查后，向发送端口模块4发送。发送端口模块4将各虚通道上的数据信息转化为对应光波上的光信息，并将这些光波进行复用，最后将复用的光波通过光纤传输给接收系统。所述的视频预处理模块1包括视频采集子模块101、视频帧提取子模块102和容器封装子模块103。视频采集子模块101与视频源交互，视频源包括N个简单视频源和M个复杂视频源，视频采集子模块101从简单视频源和复杂视频源处获取相应视频流，并将视频流存入对应的视频流缓存中。视频帧提取子模块102从视频流缓存中按序读取所存储内容，并从中获得视频帧，将视频帧连续发送给容器封装子模块103。容器封装子模块103按照FC-AV协议的要求，将来自视频帧提取子模块102的视频帧封装成容器，并将容器逐个发送至虚通道分配模块2的视频源解析子模块201。所述的虚通道分配模块2包括视频源解析子模块201、通道配置子模块202和排队子模块203。视频源解析子模块201接收来自视频预处理模块1中容器封装子模块103 发送的容器，并根据容器头中的对象数信息对视频源进行解析。根据容器中所含的对象对视频进行分类若容器包含对象数等于4，则认为该容器所对应得视频为简单视频；若容器包含对象数大于4，则认为该容器所对应的视频为复杂视频。完成视频解析后，将视频类型 (简单视频或者复杂视频)结果告知通道配置子模块202。如图2所示，通道配置子模块202获取来自视频源解析子模块201的视频类型，据此为每个视频分配虚通道，若为简单视频，则为其分配一个单独的虚通道；若为复杂视频， 则需读取容器头相关域信息，以获得容器中包含的对象总数N，并为其分配N-I条虚通道 (1 N-1)，具体为第一个虚通道用于传输容器头、第一个对象和第二个对象，第二个虚通道用于传输第三个对象，……，第N-I个虚通道用于传输第N个对象。所述的通道配置子模块202包括视频类型获取单元、简单视频虚通道分配单元、 对象数读取单元和复杂视频虚通道分配单元；所述的视频类型获取单元获取视频源解析子模块提供的各视频流类型；所述的简单视频虚通道分配单元为各路简单视频分配虚通道；所述的对象数读取单元获取复杂视频容器中所包含的对象总数；所述的复杂视频虚通道分配单元根据对象数读取单元提供的对象数，为复杂视频分配虚通道；如图3所示，排队子模块203根据通道配置子模块202分配的N_1条虚通道，为每个虚通道的数据进行排队，具体为将第一个虚通道中传输的数据存入第一个队列，将第二个虚通道中传输的数据存入第二个队列，……，将第N-I个虚通道中传输的数据存入第N 个队列，各队列按照FIFO(先入先出)规则将队列中的数据向数据链路服务模块3的序列生成子模块301发送。所述的数据链路服务模块3包括序列生成子模块301、FC帧处理子模块302、完整性检查子模块303和端口服务子模块304。序列生成子模块301将来自排队子模块203的每个数据块(容器或分割的容器)映射成为一个序列，并为每个序列分配相应序列号。FC 帧处理子模块302按照FC-FS协议要求的FC帧最大长度将序列进行分割，并将每个分割块封装为FC帧，填写如图4所示包含序列号、序列计数在内的各数据域信息。FC帧处理子模块302将FC帧处理子模块302所生成的FC帧发送至完整性检查子模块303。完整性检查子模块303查看FC帧头中所包含的序列号及序列计数，当序列号或序列计数发生错误时， 完整性检查子模块303将返回出错信息，如图5所示，若通过完整性检查未发现错误，完整性检查子模块303将该FC帧发送至发送端口模块4的光电转换子模块401。端口服务子模块304完成FC-FS协议中所要求的F登陆、P登陆操作，并进行信用管理，起到流量控制的作用，端口服务子模块304将FLOGI (F登陆)、PL0GI (P登陆)等ELS (扩展链路服务)命令向发送端口模块4的光电转换子模块401发送。所述的完整性检查子模块303包含FC帧头读取单元、序列号检查单元、序列计数检查单元、错误报警单元和数据发送单元；所述的FC帧头读取单元读取FC帧头中的序列号及序列计数域信息；所述的序列号检查单元判断FC帧头读取单元所得序列号是否正确，当发现错误时，通知错误报警单元，当检查无误时，通知序列计数检查单元继续执行下一步检查；所述的序列计数检查单元判断FC帧头读取单元所得的序列计数是否正确，当发现错误时，通知错误报警单元，当检查无误时，通知数据发送单元发送该数据块；所述的错误报警单元接收序列号检查单元和序列计数检查单元的错误信息，生成错误报告发送至FC帧处理子模块302 ；所述的数据发送单元接收序列计数检查单元的通过完整性检查的FC帧，并将其向发送端口模块4的光电转换子模块401发送；所述的发送端口模块4包括光电转换子模块401、光波复用子模块402和光纤连接口子模块403。光电转换子模块401将来自数据链路服务模块3完整性检查子模块303的 FC帧以及来自端口服务子模块304的ELS命令等数据的电信号转换为光信号。光波复用子模块402将不同虚通道的光信号进行耦合复用，得到复用的光信号。光纤连接口 403则将复用的光信号通过光纤向视频接收端发送。图6所示为本发明的视频传输发送端系统的网络层次结构与FC-FS协议定义的FC 网络层次结构的比较。FC-4、FC-3、FC-2各层基本按照FC-FS协议实现，而去除了 FC-I层而将其替换为WDM映射层，将FC-2层生成的FC数据转换为光信号并对其进行复用。图7所示FC-AV协议中所定义的容器系统，该系统将一个视频流分割为η个容器进行发送，每个容器有两种模式，具体是简单模式和扩展模式。在简单模式下，容器在容器头后还有4个对象，在扩展模式下，容器头后需添加扩展头，同时包含对象数在5 16个之间。
权利要求
1.一种航空电子视频发送系统，其特征在于，包括视频预处理模块、虚通道分配模块、 数据链路服务模块和发送端口模块；所述的视频预处理模块完成视频的前期处理，视频预处理模块与外部视频源交互，获取多路视频流，从各视频流中提取视频帧，按FC-AV协议将视频帧封装为容器，发送至虚通道分配模块；所述的虚通道分配模块获得容器后，读取容器头中包含的对象数信息，解析视频源类型，并为其分配虚通道，完成分配后数据块通过分配队列进入数据链路服务模块；所述的数据链路服务模块提供F登陆、P登陆、信用管理端口服务，并在完成登陆后将数据块映射为序列，封装成FC帧，完成完整性检查后，向发送端口模块发送；所述的发送端口模块将电信号转换为光信号，并对各队列中的数据进行光复用，通过光纤向视频接收系统发送。
2.根据权利要求1所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的视频预处理模块包括视频采集子模块、视频帧提取子模块和容器封装子模块；视频采集子模块与视频源交互，视频源包括多个简单视频源和复杂视频源，视频采集子模块从简单视频源和复杂视频源处获取相应视频流，并将视频流存入对应的视频流缓存中；视频帧提取子模块从视频流缓存中按序读取所存储内容，并从中获得视频帧，将视频帧连续发送给容器封装子模块；容器封装子模块按照FC-AV协议的要求，将来自视频帧提取子模块的视频帧封装成容器，并将容器逐个发送至虚通道分配模块的视频源解析子模块。
3.根据权利要求1所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的虚通道分配模块包括视频源解析子模块、通道配置子模块和排队子模块；视频源解析子模块接收来自视频预处理模块中容器封装子模块发送的容器，并根据容器头中的对象数信息对视频源进行解析；根据容器中所含的对象数对视频进行分类若容器包含对象数等于4，则认为该容器所对应的视频为简单视频；若容器包含对象数大于4， 则认为该容器所对应的视频为复杂视频；完成视频解析后，将视频类型结果告知通道配置子模块；通道配置子模块获取来自视频源解析子模块的视频类型，据此为每个视频分配虚通道，若为简单视频，则为其分配一个单独的虚通道；若为复杂视频，则需读取容器头相关域信息，以获得容器中包含的对象总数N，并为其分配N-I条虚通道，具体为第一个虚通道用于传输容器头、第一个对象和第二个对象，第二个虚通道用于传输第三个对象，……，第 N-I个虚通道用于传输第N个对象；排队子模块根据通道配置子模块分配的N-I条虚通道， 为每个虚通道的数据进行排队，具体为将第一个虚通道中传输的数据存入第一个队列，将第二个虚通道中传输的数据存入第二个队列，……，将第N-I个虚通道中传输的数据存入第N个队列，各队列按照先入先出规则将队列中的数据向数据链路服务模块的序列生成子模块发送。
4.根据权利要求3所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的通道配置子模块包括视频类型获取单元、简单视频虚通道分配单元、对象数读取单元和复杂视频虚通道分配单元；所述的视频类型获取单元获取视频源解析子模块提供的各视频流类型；所述的简单视频虚通道分配单元接收视频类型获取单元提供的简单视频容器，并为其分配虚通道；所述的对象数读取单元接收视频类型获取单元提供的复杂视频容器，并获取其中包含的对象总数；所述的复杂视频虚通道分配单元根据对象数读取单元提供的对象数，为复杂视频分配虚通道。
5.根据权利要求1所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的数据链路服务模块包括序列生成子模块、FC帧处理子模块、完整性检查子模块和端口服务子模块；序列生成子模块将来自排队子模块的每个数据块映射成为一个序列，并为每个序列分配相应序列号；FC帧处理子模块按照FC-FS协议要求的FC帧最大长度将序列进行分割，并将每个分割块封装为FC帧，填写数据域信息；FC帧处理子模块将生成的FC帧发送至完整性检查子模块；完整性检查子模块查看FC帧头中所包含的序列号及序列计数，当序列号或序列计数发生错误时，完整性检查子模块将返回出错信息，若未发现错误，完整性检查子模块将该FC帧发送至发送端口模块的光电转换子模块；端口服务子模块完成FC-FS协议中所要求的F登陆、P登陆操作，并进行信用管理，起到流量控制的作用，端口服务子模块将 FLOGI、PLOGI的ELS命令向发送端口模块的光电转换子模块发送。
6.根据权利要求5所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的完整性检查子模块包含FC帧头读取单元、序列号检查单元、序列计数检查单元、错误报警单元和数据发送单元；所述的FC帧头读取单元读取FC帧头中的序列号及序列计数域信息；所述的序列号检查单元判断FC帧头读取单元所得序列号是否正确，当发现错误时，通知错误报警单元，当检查无误时，通知序列计数检查单元继续执行下一步检查；所述的序列计数检查单元判断FC帧头读取单元所得的序列计数是否正确，当发现错误时，通知错误报警单元，当检查无误时，通知数据发送单元发送该数据块；所述的错误报警单元接收序列号检查单元和序列计数检查单元的错误信息，生成错误报告发送至FC帧处理子模块；所述的数据发送单元接收序列计数检查单元的通过完整性检查的FC帧，并将其向发送端口模块的光电转换子模块发送。
7.根据权利要求1所述的一种航空电子视频发送系统，其特征在于，所述的发送端口模块包括光电转换子模块、光波复用子模块和光纤连接口子模块；光电转换子模块将来自数据链路服务模块完整性检查子模块的FC帧以及来自端口服务子模块的ELS命令数据的电信号转换为光信号；光波复用子模块将不同虚通道的光信号进行耦合复用，得到复用的光信号；光纤连接口则将复用的光信号通过光纤向视频接收端发送。
全文摘要
本发明提供一种航空电子视频发送系统，包括视频预处理部分、虚通道分配部分、数据链路服务部分和发送端口部分组成；视频预处理部分完成视频的前期处理，按FC-AV协议对视频帧进行封装，虚通道分配部分根据视频解析结果为各路视频分配虚通道，数据链路服务部分提供登陆、信用管理等端口服务，将数据封装成FC帧进行发送，发送端口部分将电信号转换为光信号并对各路光波进行复用，形成视频光波数据流并在光纤上传播。本发明通过对虚通道的合理分配，确保各路视频能够享有足够的带宽，同时将虚通道与光波波长相匹配，实现了多路混合视频的单路光纤传输；通过简化FC协议中的编码方式，并用完整性校验替代了CRC校验，提高了系统的实时性。
文档编号H04N7/26GK102395028SQ20111028659
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者丁凡, 刘晓敏, 屠晓杰, 熊华钢, 赵长啸 申请人:北京航空航天大学