一种光纤传输系统及传输方法与流程

本发明涉及光纤传输
技术领域：
，尤其涉及一种光纤传输系统及传输方法。
背景技术：
：现有技术中的cameralink协议与光纤通信结合存在瑕疵，以现有技术中的基于标准base模式cameralink接口的光纤传输系统为例，该光纤传输系统要么只能传输一种特定型号的相机的图像数据，要么只能传输固定分辨率、固定帧频的一类相机的图像数据，要么只能传输cameralink协议中的部分图像数据，而协议中的控制信号和异步通讯信号要另外单独传输，要么只能传输一种固定波特率的异步通信信号。也是正因为现有技术中基于标准base模式cameralink接口的光纤传输系统只能择一进行数据传输，所以，基于标准base模式cameralink接口的光纤传输系统尽管实现了图像数据的传输，但是产品通用性能、综合性性能特别差。进一步，如果想要解决工业领域的复杂电磁环境下的高带宽信号的远距离传输问题，那么就必须需要多个辅助系统与基于标准base模式cameralink接口的光纤传输系统一同参与工作，这将很大程度上增加信号传输的成本及复杂程度。技术实现要素：为解决基于标准base模式cameralink接口的光纤传输产品通用性能差以及综合性性能差的问题，本发明提供一种光纤传输系统，其包括光纤传输介质，其还包括：发送装置，用于将符合cameralink协议中base模式下的数据信号和sertfg串行通信信号进行下行传输编码，以获取第一下行信号；所述发送装置还用于将第一上行信号进行对称解码；接收装置，既用于对所述第一下行信号进行对称解码，还用于将符合cameralink协议中base模式下的相机控制信号和sertc串行通信信号进行上行传输编码，以获取所述第一上行信号；所述第一下行信号与所述第一上行信号通过所述光纤传输介质传输。较佳地，所述发送装置包括相互连接的第一主控制器和第一光电转换模块；所述第一主控制器用于对符合cameralink协议中base模式下的下行的数据信号和sertfg串行通信信号中的指定行为进行协议编码，以获取第一协议包，所示指定行为包括帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效和行消隐状态中的一种或多种；所述第一主控制器通过其内部集成的第一gtx收发器对所述第一协议包插入k码，所述第一gtx收发器对插入k码后的第一协议包进行8b/10b编码，以获得下行差分信号；所述下行差分信号由所述第一主控制器传输至所述第一光电转换模块；所述第一主控制器还通过其内部集成的第一gtx收发器对上行差分信号进行对称解码，以从第二协议包中获取上行的相机控制信号和sertc串行通信信号。较佳地，所述发送装置包括依次连接的输入模块、解码模块、所述第一主控制器和所述第一光电转换模块；所述输入模块设置在工业相机和所述解码模块之间，所述输入模块用于将来自所述工业相机的lvds信号下行传输；所述解码模块设置在所述输入模块和所述第一主控制器之间，所述解码模块用于将来自所述工业相机的lvds信号转化为符合cameralink协议中base模式下的数据信号和sertfg串行通信信号，并继续将该信号下行传输至所述第一主控制器；所述解码模块还将对来自所述第一主控制器的上行的相机控制信号和sertc串行通信信号进行第一lvds编码，所述解码模块将经由第一lvds编码后的信号传输至所述输入模块，所述输入模块能够继续将经由第一lvds编码后的信号传递给所述工业相机。较佳地，所述接收装置包括相互连接的第二主控制器和第二光电转换模块；所述第二光电转换模块用于将源自所述发送装置的光信号转化回下行差分信号，并输送给所述第二主控制器；所述第二光电转换模块还用于将所述第二主控制器产生的上行差分信号转化为向发送装置发送的光信号；所述第二主控制器用于对符合cameralink协议中base模式下的上行的相机控制信号和sertc串行通信信号进行自定义协议编码，以获取第三协议包；所述第二主控制器通过其内部集成的第二gtx收发器对第三协议包进行8b/10b编码，以获得上行差分信号；所述第二主控制器还通过所述第二gtx收发器对来自所述发送装置的下行差分信号进行对称解码，以获取下行的数据信号和sertfg串行通信信号。较佳地，所述接收装置包括依次连接的输出模块、编码模块、所述第二主控制器和所述第二光电转换模块；所述输出模块设置在所述编码模块和图像采集设备之间，所述输出模块用于将来自将所述编码模块的第二lvds编码信号下行传输给所述图像采集设备；所述输出模块还用于将来自所述图像采集设备的上行的lvds信号上行传递给所述编码模块；所述编码模块设置在所述输出模块和所述第二主控制器之间，所述编码模块用于将来自所述图像采集设备的上行的lvds信号转化为符合cameralink协议中base模式下的上行的相机控制信号和sertc串行通信信号，并继续将该信号上行传输至所述第二主控制器；所述编码模块还对来自所述第二主控制器的下行的数据信号和sertfg串行通信信号进行第二lvds编码，所述编码模块将经由第二lvds编码的信号传输至所述输出模块。较佳地，所述符合cameralink协议中base模式下的数据信号包括28bits的数据信号，所述28bits的数据信号包括4bits视频控制信号和24bits图像数据信号，所述4bits视频控制信号分别为fval信号、lval信号、dval信号和spare信号；所述24bits图像数据信号为porta信号、portb信号和portc信号，所述24bits图像数据信号通过3个端口传输。较佳地，所述发送装置和所述接收装置上均设有光电转换模块，所述光电转换模块包括带有sfp或sfp+接口的收发一体光纤模块；所述光纤传输介质为单模或多模光纤。较佳地，所述发送装置和所述接收装置上分别设有第一主控制器和第二控制器，所述第一主控制器和所述第二控制器为xc7k70t/xc7a50t主控芯片，还可以是xilinx公司的7系列fpga；所述发送装置上的解码模块为ds90cr288a解码芯片，所述接收装置上的编码模块为ds90cr287编码芯片。本发明还提供一种光纤传输方法，其特征在于，其包括上行传输和下行传输，所述下行传输包括以下步骤:步骤s1，对符合cameralink协议中base模式下的下行的数据信号和sertfg串行通信信号进行自定义协议编码，以获取第一协议包；步骤s2，对所述第一协议包插入k码，再进行8b/10b编码，以获得下行的1lane高速差分信号，进而所述下行的1lane高速差分信号转换成光信号传输；步骤s3，将光信号按照与步骤s1至步骤s2相对称的解码方式解码；所述上行传输包括以下步骤：步骤s4，对符合cameralink协议中base模式下的上行的相机控制信号和sertc串行通信信号进行自定义协议编码，以获取第三协议包；步骤s5，对第三协议包进行8b/10b编码，以获得上行的1lane高速差分信号，进而将所述上行的1lane高速差分信号转换成光信号传输；步骤s6，将光信号按照与步骤s4至步骤s5相对称的解码方式解码。较佳地，所述自定以协议编码过程是对信号进行帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效和行消隐状态中的一种或几张进行自定义协议编码过程。与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提供一种光纤传输系统和光纤传输方法，其中通过下行传输编码过程能够对cameralink协议base模式下的任意分辨率和帧频的图像数据进行自适应编码，从而增加了该系统的通用性。进一步，通过上行传输编码过程能够对cameralink协议base模式下的任意波形的相机控制信号和任意波特率的sertc进行自适应编码，这样也扩展了系统的通用性。加之，该系统通过光纤传输，所以该系统的远距离传输能力强，抗干扰能力高，安装使用方便，误码率低于10e-12，满足工业级的-45℃～85℃工作温度要求。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中光纤传输系统的结构示意图；图2为本发明实施例中光纤传输系统的发送装置的结构示意图；图3为本发明实施例中光纤传输系统的接收装置的结构示意图；图4为本发明实施例中光纤传输方法的流程图。附图标记：发送装置1、光纤传输介质2、接收装置3、电源装置4、光纤传输系统10、输入模块11、解码模块12、第一主控制器13、第一光电转换模块15、第一gtx收发器16、输出模块31、编码模块32、第二主控制器33、第二光电转换模块35、第二gtx收发器36、工业相机100和图像采集设备200。具体实施方式以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。实施例图1为本发明实施例中光纤传输系统的结构示意图；图2为本发明实施例中光纤传输系统的发射装置的结构示意图；图3为本发明实施例中光纤传输系统的接收装置的结构示意图。如图1至图3所示，本发明实施例1中提供了一种光纤传输系统10，该光纤传输系统10是基于标准base模式cameralink接口的光纤传输系统，该光纤传输系统10通过光纤远距离传输源自标准base模式cameralink接口的图像数据，此举规避了cameralink数据线无法实现图像数据的远距离传输的问题。该光纤传输系统10包括发送装置1、光纤传输介质2和接收装置3，发送装置1和接收装置3上分别设有光电转换模块，光纤传输介质2通过两方的光电转换模块将发送装置1与接收装置3二者连接。本发明实施例中：由发送装置1向接收装置3方向传输的信号称为下行传输信号，与之相反的传输方向的信号为上行传输信号。本发明实施例1中提供了一种光纤传输系统10对图像数据的传输距离与所选择使用的光电转换模块功率正相关。图像数据传输距离可达千米级。该光纤传输系统10的光纤通信速率最高可达6.6gbps，通信误码率低于10e-12。优选地，发送装置1为基于标准base模式cameralink协议的发送装置，接收装置3为基于标准base模式cameralink协议的接收装置；光纤传输介质2使用lc接口的单模/多模光纤(但不仅限于lc接口的单多模光纤)，使用lc接口的单模/多模光纤的有益效果是：由于lc接口的单模/多模光纤是使用模块化插孔闩锁机理制成的，所以其适用于连接sfp模块，且操作方便，传输效果好。发送装置1和接收装置3均采用4至14v直流电源供电，有利于电源装置协同供电，减少电能损耗。进一步，本发明实施例1中提供了一种光纤传输系统10，还包括电源装置4，电源装置4将源自直流供电端供给的4至14v电压进行电压变换后驱动对应有源元件。本实施例中，电源装置4优选为ltm6446电源模块(但不仅限于该型号电源模块)。在具体说明本发明实施例1中提供的一种光纤传输系统之前，有必要介绍cameralink标准的部分内容，尤其是在base模式下的cameralink协议的工作原理。在cameralink标准的base模式下，信号至少包括:相机控制信号、串行通信信号和视频数据信号。以下逐一介绍信号类型和传输方式：相机控制信号base模式下的cameralink协议中涉及了4bits的相机控制信号，这4bit的相机控制信号被定义为相机的输入信号和图像采集卡的输出信号。一般情况是这些信号命名及相关信息如下表1所述：表12、串行通信信号base模式下的cameralink协议中涉及了2bits的串行通信信号，这2bits的串行通信信号用来实现相机与图像采集卡之间的异步串行通信控制。其通信格式为1个起始位、8个数据位、1个停止位、去奇偶校验位和握手位。这2bits的串行通信信号也可称为2bits的异步通信信号，其具体信息详见下表表2。信号名称信号流向sertfg相机串行输出端至图像采集卡串行输入端sertc图像采集卡串行输出端至相机串行输入端表23、视频数据信号视频数据信号部分是cameralink协议的核心，视频数据信号主要包括5对差分信号，即x0-和x0+、x1-和x1+、x2-和x2+、x3-和x3+、xclk-和xclk+。视频发送端将28bits的数据信号和1个时钟信号，按7:1的比例将数据转换成5对差分信号，接收端在将5对差分信号转换成28bits的数据信号和1个时钟信号。在base模式下，28bits的数据信号中包括4bits视频控制信号和24bits图像数据信号。28bits的图像数据信号按照独立功能进行分类可以分为fval信号、lval信号、dval信号、spare信号、porta信号、portb信号、portc信号。其中4bits视频控制信号分为fval信号、lval信号、dval信号、spare信号，这4bits视频控制信号，其具体信息详见下表表3：表3其中，另外24bits数据通过base模式下开放的3个端口传输，3个端口分别为a端口、b端口和c端口，也称porta、portb和portc，每个端口传送8bits数据。在介绍base模式下的cameralink协议的工作原理后，具体阐述本发明实施例1中提供的一种光纤传输系统10的组成及工作原理：所述发送装置1包括依次连接的输入模块11、解码模块12、第一主控制器13和第一光电转换模块15。所述发送装置1中的有源元件通过电源装置4取电。依次经由输入模块11、解码模块12、第一主控制器13和第一光电转换模块15的传输信号属于下行传输信号。依次经由第一光电转换模块15、第一主控制器13、解码模块12和输入模块11的传输信号属于上行传输信号。输入模块11采用cameralink协议base模式下的标准mdr26连接器，输入模块11接收来自工业相机100的lvds信号并将该信号传递至解码模块12，输入模块11还接收来自解码模块12的相机控制信号和异步通信lvds信号并将该信号传递至工业相机100。如图1所示解码模块12接收来自输入模块11的工业相机100图像lvds信号，并进行1:7差分串并解码，以得到28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号。28bits的数据信号中包括4bits控制信号和24bits图像数据信号。解码模块12将28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号输出到第一主控制器13中，解码模块12还接收来自第一主控制器13的相机控制信号和sertc串行通信信号，解码模块12将来自第一主控制器13的相机控制信号和sertc串行通信信号进行lvds编码后传输给输入模块11。优选地，解码模块12为解码芯片ds90cr288a。第一主控制器13将接收到的来自解码模块12的28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号进行信号处理，进行帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效、行消隐状态的自定义协议编码，然后将编码后的第一协议包输入到第一主控制器13内部集成的第一gtx收发器16硬核ip的txgearbox输入端，并自动插入k码，再进行8b/10b编码后通过第一gtx收发器16的lvds输出口txp/n输出给第一光电转换模块15，输出给第一光电转换模块15的是1lane的高速差分信号；同时第一主控制器13的第一gtx收发器16的输入口rxp/n接收来自第一光电转换模块15输出的lvds信号，进行8b/10b解码后由第一gtx收发器16中的rxgearbox输出符合自定义协议的数据包，最后通过自定义协议解码模块把并行的相机控制信号和sertc串行通信信号从第二协议包中解码出来，并输出给解码模块12；第一主控制器13优选为fpga主控器，进一步，第一主控制器13优选为xc7k70t/xc7a50t主控芯片。第一光电转换模块15执行电信号与光信号之间的相互转化，使得第一主控制器13输出的信号能够变成光信号，继而传输到接收装置3。第一光电转换模块15也可将来自接收装置3的光信号转换为电信号。第一光电转换模块15优选为通用的3.125gbps的单纤双向光纤模块。第一光电转换模块15优选为sfp+接口光纤模块。所述接收装置3包括依次连接的输出模块31、编码模块32、第二主控制器33和第二光电转换模块35。接收装置3中的有源元件通过电源装置4取电。依次经由输出模块31、编码模块32、第二主控制器33和第二光电转换模块35的传输信号属于下行传输信号。依次经由第二光电转换模块35、第二主控制器33、编码模块32和输出模块31的传输信号属于上行传输信号。输出模块31采用cameralink协议base模式下的标准mdr26连接器，输出模块31接收来自编码模块32的lvds编码信号并输出给后端图像采集设备200；输出模块31接收来自图像采集设备200的对工业相机100的相机控制信号和异步通信lvds信号，并将信号传递给编码模块32。编码模块32接收来自第二主控制器33的符合相机时序的并行信号，即28bits的数据信号，编码模块32还接收1bit的sertfg串行通信信号，编码模块32将两种信号进行7:1的差分串行编码，以得到符合cameralink协议base模式的lvds信号，并将该信号输出给输出模块31。编码模块3接收来自输出模块31的相机控制信号和通信信号后进行lvds到lvtt的串并解码，以获得相机控制信号(cc1-cc4)和sertc串行通信信号，编码模块3再将相机控制信号(cc1-cc4)和sertc串行通信信号输送至第二主控制器33。优选地，编码模块32为编码芯片ds90cr287。第二主控制器33接收来自编码模块32的相机控制信号和sertc串行通信信号，并对其进行自定义协议编码，再将编码后的第三协议包发送给第二主控制器33上第二gtx收发器36内的txgearbox，第三协议包在txgearbox内部进行8b/10b编码后再通过txp/n口输出给第二光电转换模块35；同时，第二主控制器33上第二gtx收发器36的输入口rxp/n接收来自第二光电转换模块35输出的lvds信号，再将其进行8b/10b解码后由第二gtx收发器36上的rxgearbox输出符合自定义协议的第四协议包，第二主控制器33中的自定义解码模块对第四协议包中的图像中帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效、行消隐状态进行解码，从而得到并行的28bit图像数据和1bit的sertfg串行通信信号，第二主控制器33将28bit图像数据和1bit的sertfg串行通信信号传递给编码模块32。28bits的数据信号中包括4bits视频控制信号和24bits图像数据信号。28bits的图像数据信号按照独立功能进行分类可以分为fval信号、lval信号、dval信号、spare信号、porta信号、portb信号、portc信号。第二主控制器33优选为fpga主控器，进一步，第二主控制器33优选为xc7k70t/xc7a50t主控芯片。第二光电转换模块35执行电信号与光信号之间的相互转化，第二光电转换模块35将来自发送装置1的光信号转换为1lane的高速差分电信号，并输送给第二主控制器33。第二光电转换模块35将来自第二主控制器33的电信号转化为光信号传递给发送装置1。第二光电转换模块35优选为通用的3.125gbps的单纤双向光纤模块。第二光电转换模块35优选为sfp+接口光纤模块。本发明实施例中，发送装置1对cameralink协议base模式下的任意分辨率和帧频的图像数据均可自适应编码，在第一主控制器13内对数据重新组合，使之适应第一gtx收发器的输入格式要求并能够自动插入k码，最大限度提高有效传输带宽；对接收装置3发送过来的相机控制信号和异步通讯信号可进行自定义解码，可实现任意波特率下的异步通讯。接收装置3对发送装置1发送过来的光信号进行光电转换后进入第二主控制器33，经过第二gtx收发器后得到自定义协议的图像数据，在第二主控制器33内部解码后就得到了与发送装置1输入图像完全相同分辨率、帧频、位宽的图像数据，并通过编码芯片输出到图像采集设备200；同时，接收装置3将收到的来自图像采集设备200的相机控制信号和异步通讯信号进行自定义编码，经第二gtx收发器的8b/10b编码后发送给光纤模块进行光电转换，通过光纤传输给发送装置1，可实现任意通讯波特率下的双向通讯。光纤传输介质2使用单根lc接口(但不仅限于该种类型和数量)的光纤即可完成双向通讯。发送装置1和接收装置3采用紧凑型设计，体积小，方便安装。发送装置1和接收装置3的主体部分尺寸为：其宽为40mm，其长为110mm，其高为15mm。图4为本发明实施例中光纤传输方法的流程图。如图4所示，本发明还提供一种光纤传输方法，其包括上行传输和下行传输，所述下行传输包括以下步骤:步骤s1，对符合cameralink协议中base模式下的下行的数据信号和sertfg串行通信信号进行自定义协议编码，以获取第一协议包；步骤s2，对所述第一协议包插入k码，再进行8b/10b编码，以获得下行的1lane高速差分信号，进而所述下行的1lane高速差分信号转换成光信号传输；步骤s3，将光信号按照与步骤s1至步骤s2相对称的解码方式解码；所述上行传输包括以下步骤：步骤s4，对符合cameralink协议中base模式下的上行的相机控制信号和sertc串行通信信号进行自定义协议编码，以获取第三协议包；步骤s5，对第三协议包进行8b/10b编码，以获得上行的1lane高速差分信号，进而将所述上行的1lane高速差分信号转换成光信号传输；步骤s6，将光信号按照与步骤s4至步骤s5相对称的解码方式解码。所述自定以协议编码过程是对信号进行帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效和行消隐状态中的一种或几张进行自定义协议编码过程。下行传输28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号，其原理为：步骤s11中，具体地，将28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号进行信号处理，进行帧开始、帧结束、帧有效、帧消隐、行开始、行结束、行有效和行消隐状态的一种或几种进行自定义协议编码。步骤s12中，继续将编码后的第一协议包下行传输，再自动插入k码，进而进行8b/10b编码后通过收发器输出给第一光电转换模块，输出给第一光电转换模块15的是1lane的高速差分信号。步骤s13，对称解码以还原出与步骤s1中相同的28bits的数据信号和1bit的sertfg串行通信信号。上行传输相机控制信号和sertc串行通信信号，其原理为：步骤s14，具体地，将相机控制信号和sertc串行通信信号进行自定义协议编码。步骤s15，继续将编码后的第三协议包进行8b/10b编码后输出给第二光电转换模块35；进而将所述上行的1lane高速差分信号转换成光信号传输。步骤s16，对称解码以还原出与步骤s4中相同的相机控制信号和sertc串行通信信号。本发明提供的一种光纤传输方法的有益效果在于：1、通过该方法对cameralink协议base模式下的任意分辨率和帧频的图像数据均可自适应编码，然后再插入k码，这样能够最大限度提高有效传输带宽。2、利用光纤传输，噪声干扰小，传输速率高。3、通过该方法对发送过来的相机控制信号和异步通讯信号可进行自定义解码，可实现任意波特率下的异步通讯。以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本发明中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。当前第1页12