专利名称：一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统及其方法
技术领域：
本发明涉及视频传输领域，特别是涉及一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统及成帧方法。
背景技术：
随着航空电子技术飞速发展，航空电子设备和数字化信息急剧增加，特别是为了应对日益紧迫的高性能数字视频传输需求，需要在航空电子系统中视频源和目标之间建立一条高带宽、低延迟、远距离、安全可靠的传输通道。光纤通道(FC)作为新一代总线技术的代表，相对于传统总线具有非常明显的技术优势，针对航空电子视频传输的需求，2002年美国国家标准委员会(ANSI)制定的一种利用FC进行视频传输的协议FC-AV(ANSIINCITS 356-2002)光纤通道——音频视频协议，FCAV是一种支持压缩、非压缩的音频/视频信号的实时传输FC协议，目前FC-AV协议已应用于F18和C130AMP的视频系统中。航空电子数字视频总线(ADVB，ARINC818)，是为高带宽、低延迟、非压缩数字视频传输开发的一个视频接口和协议标准，于2007年1月由美国航空无线电公司(ARINC)正式对外发布，目前已应用于波音787和空客A400M两个项目中，成为高性能军用视频系统的事实标准。ADVB是基于FC-AV协议制定的，在内容上针对高速航空电子数字视频的应用进行了简化，其主要特点体现在高带宽、高可靠性、低延迟、非压缩视频传输、抵抗电磁干扰、减轻线缆重量、灵活性高、兼容扩展性强等方面。ADVB具备很强的灵活性，能够适应多种类型的视频应用，支持各种分辨率、灰度级、像素格式和帧速率的视频。同时ADVB支持各种同步方式，从简单的异步到严格的像素同步。采用行同步机制，在传输过程中数据缓存仅需要一行大小的FIFO(先进先出的数据缓存器)，同时通过视频信号的行场同步控制数据的成帧发送，无需对整个视频帧进行缓存，将ADVB传输延迟从一视频帧时间降至一行时间，以XGA视频为例，延迟时间从16. 7ms 降至20us以下。新一代的航空电子系统对于航空电子视频总线在通讯链路可靠性、传输带宽、数据实时性、传输距离以及EMC等方面提出了新的要求，在国内目前主要采用LVDS、DVI等方式传输航空电子视频，但其在传输距离、EMC等方面逐渐不能满足系统的需求。航空电子数字视频总线(ADVB)，是为高带宽、低延迟、非压缩数字视频传输开发的一个视频接口和协议标准，是专门针对航空电子视频系统设计制定的高性能视频传输标准。
发明内容
针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于行同步的ADVB成帧系统。本发明另一目的在于提供基于行同步的ADVB成帧方法。本发明主要针对航空电子数字视频总线标准，采用FPGA实现基于行同步的ADVB成帧方法，实现高速视频数据到FC帧的无缝封装，为开发和深入研究ADVB总线技术在航空电子视频系统中应用打下坚实基础，同时对我国大型商业和军用航空技术中视频传输的发展具有重要的意义。本发明的发明目的通过如下技术方案实现的。一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统，其内容包括ADVB容器、帧头控制协议以及ADVB成帧状态机，所述ADVB容器能映射各种数字视频格式到FC帧结构中进行传输，一个ADVB容器对应一个完整的视频帧，同时还对应一个FC序列，视频帧、ADVB容器和FC序列的对应关系如下图1所示。ADVB容器由容器头(Container Header)和4个对象(Objects)组成。ADVB容器头表示容器的组成结构和相关属性。其长度固定，为22个32位字。ADVB对象表示特定的数据类型。ADVB规定了以下四种对象，表示不同类型的数据。对象0:辅助数据；包含视频属性信息，它和容器头一起用一个单独的ADVB帧(frameO)来承载；对象1 音频数据(在 ADVB标准中没有定义其应用)；对象2 视频数据，指逐行扫描视频的所有行或隔行扫描视频的奇数行；对象3 视频数据，指隔行扫描视频的偶数行。对象2/对象3对应的FC帧的数量和长度是由视频帧本身的属性决定的。帧头控制协议(FHCP)是一种基于ADVB容器结构的开销小、延迟低、效率高的数据传输控制方法，ADVB采用帧头控制参数来控制视频数据的传输。ADVB中FC帧的帧结构如图2所示。ADVB成帧状态机是根据ADVB容器定义的结构以及帧头控制协议要求而提供一种 ADVB成帧发送的实现方法。一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧的方法，包括如下步骤1)、首先将视频数据通过像素打包，并转换成32位数据；2)然后由FIFO对数据进行缓存，同时实现对视频时钟域和FC时钟域的隔离；3)在视频信号行同步的控制下，ADVB成帧状态机完成对视频数据的读取，同时将数据打包封装成FC帧的形式进行发送。在ADVB成帧过程中，有效视频数据写入FIFO —行，ADVB成帧状态机就读FIFO 一行，并按照ADVB容器结构以及帧头控制协议要求完成ADVB成帧发送，写一行发一行，以流水线的方式完成发送，直到一个视频帧结束，然后再进行下一个视频帧的发送，如图5所
7J\ ο本发明通过采用FPGA实现基于行同步的ADVB成帧方法，采用行同步的方法，对视频数据利用FC帧(即ADVB帧)进行封装，通过FC通道进行发送。采用本发明的行同步机制，不仅节省了 FPGA的资源，还减少了传输延迟。
图1为本发明系统中视频帧、ADVB容器和FC序列的对应关系图；图2为本发明系统中FC帧的帧结构图；图3为本发明系统基于行同步的ADVB成帧方案图；图4为本发明系统ADVB成帧状态机功能框图；图5为本发明系统视频数据成帧发送示意4
图6为本发明系统视频数据与FC帧的对照关系图。
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步说明本发明是如何实现的。实施例虽然ADVB能够适应多种类型的视频应用，支持各种分辨率、灰度级、像素格式和帧速率的视频传输，但为了描述方便，在本发明以2G FC传输XGA视频为例，来描述一种基于行同步的ADVB成帧方法。1)带宽评估以标准XGA显示为例，所需带宽为1024(行/像素)X768(行)X8(元素灰度级 /位)X 3 (元素/像素)X 60 (刷新率，Hz) XI. 25 (8b/10b) X 1.05(以典型的ADVB协议开销为例)=1. 486Gbps,2. 125Gbps FC(以下简称2G FC)可以满足传输要求。 2) 2G FC传输XGA视频格式定义
权利要求
1.一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统，其内容包括:ADVB容器、帧头控制协议以及ADVB成帧状态机，其特征在于所述ADVB容器能映射各种数字视频格式到FC帧结构中进行传输，一个ADVB容器对应一个完整的视频帧，同时还对应一个FC序列；帧头控制协议是一种基于ADVB容器结构的数据传输控制方法，ADVB容器采用帧头控制参数来控制视频数据的传输；ADVB成帧状态机根据ADVB容器定义的结构以及帧头控制协议的要求来提供一种ADVB 成帧发送的实现方法；所述ADVB容器由容器头和4个对象组成，4个对象分别为对象0 辅助数据，包含视频属性信息，它和容器头一起用一个单独的ADVB帧来承载；对象1 音频数据；对象2 视频数据，指逐行扫描视频的所有行或隔行扫描视频的奇数行；对象3 视频数据，指隔行扫描视频的偶数行。
2.根据权利要求1一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统，其特征在于 所述ADVB容器头表示容器的组成结构和相关属性，其长度为22个32位字。
3.根据权利要求1一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统，其特征在于 对象2和对象3对应的FC帧的数量和长度由视频帧本身的属性决定。
4.一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧的方法，包括如下步骤1)首先将视频数据通过像素打包，并转换成32位数据；2)然后由FIFO对数据进行缓存，同时实现对视频时钟域和FC时钟域的隔离；3)在视频信号行同步的控制下，ADVB成帧状态机完成对视频数据的读取，同时按照 ADVB容器结构的要求将视频数据打包封装成FC帧的形式进行发送。
5.根据权利要求4所述的一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧的方法，其特征在于有效视频数据写入FIFO —行，ADVB成帧状态机就读FIFO —行，并完成ADVB成帧发送。
全文摘要
本发明公开一种基于行同步的航空电子数字视频总线成帧系统及方法，其内容包括ADVB容器、帧头控制协议以及ADVB成帧状态机。所述ADVB容器能映射各种数字视频格式到FC帧结构中进行传输；帧头控制协议是一种基于ADVB容器结构的数据传输控制方法，ADVB容器采用帧头控制参数来控制视频数据的传输；ADVB成帧状态机是根据ADVB容器定义的结构以及帧头控制协议要求提供的一种ADVB成帧发送的实现方法。采用本发明的行同步机制，不仅节省了FPGA的资源，还减少了传输延迟。
文档编号H04N7/01GK102413322SQ201110404790
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者余胜利, 刘建中, 汪刚志, 王经典 申请人:中国航空无线电电子研究所