一种视频综合控制器和箭上图像观测系统的制作方法

1.本实用新型涉及视频监测的技术领域，尤其涉及一种视频综合控制器和箭上图像观测系统。


背景技术：

2.视频综合控制器能够采集火箭在任务载荷启动与运载器分离时全过程的图像数据，并可在分离后一段时间内观测任务载荷状态，同时输出彩色的视频数据并通过遥测系统下传到地面。传统的视频综合控制器存在图像数据丢失和设备体积较大的问题，不能满足箭上图像观测的需求。


技术实现要素：

3.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种视频综合控制器和箭上图像观测系统，其解决现有技术中存在图像数据丢失和设备体积较大的问题，提高了图像数据采集的可靠性，并且具有集成度高、功耗小、实现灵活、维护简单等优势，提高了视频综合控制器的应用范围。
4.第一方面，本实用新型提供一种视频综合控制器，所述控制器包括：视频接收模块、主控模块、记录仪和电源模块；所述视频接收模块使用时与视频探头相连，用于接收所述视频探头输出的原始图像数据；所述主控模块包括图像处理模块、主控芯片和通信接口，所述图像处理模块与所述视频接收模块相连，所述主控芯片分别与所述图像处理模块和所述通信接口相连，所述通信接收使用时还与遥测系统相连，所述图像处理模块用于将所述原始图像数据进行压缩和编码，得到目标图像数据；所述主控芯片用于通过所述通信接口，将所述目标图像数据发送到所述遥测系统；其中，所述图像处理模块、所述主控芯片和所述通信接口集成到soc芯片中；所述记录仪分别与所述图像处理模块和所述主控芯片相连，用于存储所述图像处理模块输出的目标图像数据；所述电源模块的输入端使用时与外接电源的输出端相连，所述电源模块的输出端分别与所述视频接收模块、主控模块和记录仪相连，所述电源模块的输出端使用时还与所述视频探头相连，用于将所述外接电源输出的电压转换成多个不同的目标电压，使所述多个不同的目标电压分别为所述视频接收模块、主控模块、记录仪和视频探头提供相匹配的工作电能。
5.可选地，所述电源模块包括：电压转换模块和通道开关模块；所述电压转换模块的输入端使用时与外接电源的输出端相连，所述电压转换模块的输出端分别与所述视频接收模块、主控模块和记录仪相连，用于所述外接电源输出的电压转换成多个不同的目标电压，使所述多个不同的目标电压分别为所述视频接收模块、主控模块、记录仪提供相匹配的工作电能；所述通道开关模块的输入端与所述电压转换模块的输出端相连，所述通道开关模块的输出端使用时与所述视频探头的电源端相连，所述通道开关模块的控制端与所述主控芯片相连，用于根据所述主控芯片的控制信号进行闭合，使所述电压转换模块输出的目标电压为所述视频探头供电。
6.可选地，所述通道开关模块包括：驱动芯片和场效应管；所述驱动芯片的电源端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述驱动芯片的输入端与所述主控芯片相连，所述驱动芯片的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的漏极与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述场效应管的源极与所述视频探头的电源端相连。
7.可选地，所述通道开关模块还包括：第一电阻、第二电阻、第一二极管；所述第一电阻的第一端与所述驱动芯片的输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述场效应管的栅极相连，所述第二电阻的第一端与所述场效应管的漏极相连，所述第二电阻的第二端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述第一二极管的阴极与所述场效应管的栅极相连，所述第一二极管的阳极与所述场效应管的源极相连。
8.可选地，所述通道开关模块还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二二极管和第一电容；所述第三电阻的第一端与所述驱动芯片的检测端相连，所述第三电阻的第二端与所述场效应管的漏极相连，所述第二二极管的阳极与所述第三电阻的第一端相连，所述第二二极管的阴极与所述第三电阻的第二端相连，所述第四电阻的第一端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述第四电阻的第二端与所述第三电阻的第二端相连；所述第五电阻的第一端与所述驱动芯片的输入端相连，所述第五电阻的第二端接地，所述第一电容的第一端与所述第五电阻的第一端相连，所述第一电容的第二端接地。
9.可选地，所述电压转换模块包括：第一电压转换单元，所述第一电压转换单元的输入端使用时与外接电源的输出端相连，用于将所述外接电源的输出电压转换成第一目标电压；第二电压转换单元，所述第二电压转换单元的输入端与所述第一电压转换单元的输出端相连，用于将所述第一目标电压转换成多个电压值不同的第二目标电压。
10.可选地，所述第一电压转换单元包括型号为thn 30-2412转换器，或/和所述第二电压转换单元包括型号为ltm4644ey的降压调节器。
11.可选地，所述通信接口包括：用于使主控芯片接收遥控指令和发送遥测数据的遥控遥测接口，以及用于使主控芯片发送目标图像数据的图像通信接口。
12.可选地，所述主控芯片包括型号为zynq xc7z100芯片，其中zynq xc7z100内部集成了两个arm cortex-a9核和一个kintex 7的fpga。
13.第二方面，本实用新型提供一种箭上图像观测系统，所述系统包括所述的视频综合控制器。
14.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
15.1、本实施例中的记录仪可实现视频数据的实时存储和读取，因此将采集到的图像数据同时通过记录仪进行存储和通过主控模块发送到遥测系统中，解决了现有技术中图像数据容易丢失的问题，提高了图像数据采集的可靠性，并且记录仪可实现高速数据读写，减小系统数据传输延时。
16.2、本实施例中采用高度集成的soc进行一体化集成设计，将主要功能集成在专用soc中实现，从而大大减小设备的体积及功耗，相较于传统采用dsp+fpga双芯片的图像压缩方案，具有集成度高、功耗小、实现灵活、维护简单等特点，提高了视频综合控制器的应用范围。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
19.图1所示为本实用新型实施例提供的一种视频综合控制器的结构示意图；
20.图2所示为本实用新型实施例提供的一种电源模块的结构示意图；
21.图3所示为本实用新型实施例提供的一种通道开关模块的电路示意图；
22.图4所示为本实用新型实施例提供的一种视频综合控制器的布局示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
24.图1所示为本实用新型实施例提供的一种视频综合控制器的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的视频综合控制器100具体包括：
25.视频接收模块110、主控模块120、记录仪130和电源模块140；
26.所述视频接收模块110使用时与视频探头200相连，用于接收所述视频探头200输出的原始图像数据；
27.所述主控模块120包括图像处理模块121、主控芯片122和通信接口123，所述图像处理模块121与所述视频接收模块110相连，所述主控芯片122分别与所述图像处理模块121和所述通信接口123相连，所述通信接收使用时还与遥测系统300相连，所述图像处理模块121用于将所述原始图像数据进行压缩和编码，得到目标图像数据；所述主控芯片122用于通过所述通信接口123，将所述目标图像数据发送到所述遥测系统300；其中，所述图像处理模块121、所述主控芯片122和所述通信接口123集成到soc芯片中；
28.所述记录仪130分别与所述图像处理模块121和所述主控芯片122相连，用于存储所述图像处理模块121输出的目标图像数据；
29.所述电源模块140的输入端使用时与外接电源的输出端相连，所述电源模块140的输出端分别与所述视频接收模块110、主控模块120和记录仪130相连，所述电源模块140的输出端使用时还与所述视频探头200相连，用于将所述外接电源输出的电压转换成多个不同的目标电压，使所述多个不同的目标电压分别为所述视频接收模块110、主控模块120、记录仪130和视频探头200提供相匹配的工作电能。
30.需要说明的是，本实施例提供的视频综合控制器包括主控模块、视频接收模块、记录仪和电源模块，其中主控模块包括图像处理模块、主控芯片和通信接口；视频接收模块完成多路视频图像数据的接收，并输出标准格式视频信号；主控模块完成视频图像数据的压缩和编码处理，并完成与遥测系统的通讯，主控模块中的各个功能模块皆采用高集成度的
专用soc芯片完成；记录仪完成视频数据的存储；电源模块主要功能是接收遥测系统提供的28v供电电源，并产生主控模块需要的二次电源和视频探头的供电电压。
31.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
32.1、本实施例中的记录仪可实现视频数据的实时存储和读取，因此将采集到的图像数据同时通过记录仪进行存储和通过主控模块发送到遥测系统中，解决了现有技术中图像数据容易丢失的问题，提高了图像数据采集的可靠性，并且记录仪可实现高速数据读写，减小系统数据传输延时。
33.2、本实施例中采用高度集成的soc进行一体化集成设计，将主要功能集成在专用soc中实现，从而大大减小设备的体积及功耗，相较于传统采用dsp+fpga双芯片的图像压缩方案，具有集成度高、功耗小、实现灵活、维护简单等优势，提高了视频综合控制器的应用范围。
34.在本实施例中，所述通信接口包括：用于使主控芯片接收遥控指令和发送遥测数据的遥控遥测接口，以及用于使主控芯片发送目标图像数据的图像通信接口。
35.需要进一步说明的是，如图1所示，本实施例中的综合控制器通过遥控遥测接口接收遥测系统发出的自检、启动/停止等遥控命令，并通过遥控遥测接口向遥测系统发送压缩后的工作状态、剩余存储大小等状态信息，以及通过图像通信接口向遥测系统发送图像数据；主控模块采用的soc芯片，芯片内部主要有ps和pl两部分构成。ps端集成了两个arm硬核处理器，用来完成图像处理的部分功能、主控逻辑以及通讯等功能，开发语言为c/c++；pl端内部集成了丰富的可编程逻辑资源和dsp乘法器资源，可供编写的各项控制逻辑、系统配置、通讯等功能，同时，本方案将在pl端实现h.264压缩算法，实现图像数据的压缩和编码，从而减小处理延时。
36.最后，综合控制器和遥测系统通过rs422协议实现遥控遥测链路和图像数据链路的通信，从而完成控制指令的下发、状态参数的上传以及图像数据的回传。本实施例中的视频监控系统含有a、b两组共4个视频探头，因此视频综合控制器有4个通道视频数据输入，依据系统的工作流程，视频各通道可进行启动和停止。视频探头传输数字视频信号，采用高速gmsl协议进行传输，在视频综合控制器中设计数据接收模块，接收数字信号，并送入视频图像处理模块进行处理。视频综合控制器的数据接收模块采用美信公司的工业级gmsl专用芯片，芯片可以输出标准的rgb和yuv格式视频，便于h.264压缩算法直接进行数据压缩编码，降低了软件编程和硬件实现的复杂度，同时为视频综合控制器提供了稳定可靠的数据源。
37.在本实施例中，采用的h.264算法，具有编码帧率高、压缩效率高的特点。h.264图像压缩算法采用fpga实现，占用逻辑资源小，实现简单，能够有效减小系统的功耗和体积，并且在芯片内部实现图像压缩，可有效提高系统的可靠性、抗干扰性能，减小压缩延时。将h.264压缩模块开发成fpga ip核，视频信号经过fpga内部的接口进入h.264ip核进行压缩编码处理，压缩后的码流进入到arm处理器中，经过编帧后，通过rs422接口发送到遥测系统，并将数据存储在记录仪中。记录仪存储的数据源包括：压缩编码后的a/b组实时视频数据、原始大小a/b组数帧图像数据。综合控制器使用非易失性flash存储芯片
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emmc芯片，作为记录仪的核心模块，存储容量大小为16g。emmc芯片具有尺寸小、存储容量大、功耗低、传输速度快、读写灵活、安全可靠等特点，emmc芯片主要由nand flash和mmc controller组成，通过emmc协议配置读写。
38.在本实施例中对外接口主要包括：电源接口、1路收发异步rs422接口、2路发送同步rs422接口。电源接口用来接收遥测系统提供的28v电源输入和4台摄像头需的供电，遥控/配置指令和遥测通信接口为异步rs422接口，a/b组图像数据传输接口为2路高速同步rs422接口，完成实时输出到遥测系统和地面本地导出。视频综合控制器和遥测系统进行通信时，通信内容主要包括含有遥控指令、遥测信息等内容的遥控遥测链路、含有工作模式等配置指令的参数配置链路以及用于视频图像等数据传输的图像链路。
39.图2所示为本实用新型实施例提供的一种电源模块的结构示意图；如图2所示，所述电源模块140包括：
40.电压转换模块141和通道开关模块142；
41.所述电压转换模块141的输入端使用时与外接电源的输出端相连，所述电压转换模块141的输出端分别与所述视频接收模块、主控模块和记录仪相连，用于所述外接电源输出的电压转换成多个不同的目标电压，使所述多个不同的目标电压分别为所述视频接收模块、主控模块和记录仪提供相匹配的工作电能；其中，所述电压转换模块141包括：第一电压转换单元，所述第一电压转换单元的输入端使用时与外接电源的输出端相连，用于将所述外接电源的输出电压转换成第一目标电压；第二电压转换单元，所述第二电压转换单元的输入端与所述第一电压转换单元的输出端相连，用于将所述第一目标电压转换成多个电压值不同的第二目标电压。
42.所述通道开关模块142的输入端与所述电压转换模块141的输出端相连，所述通道开关模块142的输出端使用时与所述视频探头的电源端相连，所述通道开关模块142的控制端与所述主控芯片相连，用于根据所述主控芯片的控制信号进行闭合，使所述电压转换模块141输出的目标电压为所述视频探头供电。
43.需要说明的是，视频综合控制器内部设置电压转换模块，主要完成二次电源转化，输出二次电压为12v、5v、3.3v以及1.8v，为各个电路模块及传感器供电。12v电源主要为远端的视频探头模块供电，5v、3.3v以及1.8v为综合控制器内部主控板各个芯片供电。4个视频探头的供电输出，设置通道开关，由主控逻辑电路控制，使各摄像头模块具备单独上电断电功能，便于实现独立上电重启功能，从而实现摄像头的启动和停止。开关电路采用成熟的mos管开关电路设计，通过主控模块的fpga进行控制。
44.图3所示为本实用新型实施例提供的一种通道开关模块的电路示意图；如图3所示，所述通道开关模块包括：
45.驱动芯片u1和场效应管u2；所述驱动芯片u1的电源端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述驱动芯片u1的输入端与所述主控芯片相连，所述驱动芯片u1的输出端与所述场效应管u2的栅极相连，所述场效应管u2的漏极与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述场效应管u2的源极与所述视频探头的电源端相连。
46.在本实施例中，所述通道开关模块还包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一二极管d1；所述第一电阻r1的第一端与所述驱动芯片u1的输出端相连，所述第一电阻r1的第二端与所述场效应管u2的栅极相连，所述第二电阻r2的第一端与所述场效应管u2的漏极相连，所述第二电阻r2的第二端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述第一二极管d1的阴极与所述场效应管u2的栅极相连，所述第一二极管d1的阳极与所述场效应管u2的源极相连。
47.在本实施例中，所述通道开关模块还包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第二二极管d2和第一电容c1；所述第三电阻r3的第一端与所述驱动芯片u1的检测端相连，所述第三电阻r3的第二端与所述场效应管u2的漏极相连，所述第二二极管d2的阳极与所述第三电阻r3的第一端相连，所述第二二极管d2的阴极与所述第三电阻r3的第二端相连，所述第四电阻r4的第一端与所述电压转换模块的第一输出端相连，所述第四电阻r4的第二端与所述第三电阻r3的第二端相连；所述第五电阻r5的第一端与所述驱动芯片u1的输入端相连，所述第五电阻r5的第二端接地，所述第一电容c1的第一端与所述第五电阻r5的第一端相连，所述第一电容c1的第二端接地。
48.需要说明的是，当开启视频探头时，主控芯片通过驱动芯片4脚输入高电平，所述驱动芯片输出第一驱动信号到所述场效应管u2的栅极，使所述场效应管u2导通，则所述视频探头的电源端与所述电压转换模块的第一输出端相连，从而开启视频探头；当关闭视频探头时，主控芯片通过驱动芯片4脚输入低电平，所述驱动芯片输出第二驱动信号到所述场效应管u2的栅极，使所述场效应管u2截止，则所述视频探头的电源端断开与所述电压转换模块的第一输出端相连，从而关闭视频探头。通过通道开关模块可以使主控芯片自动控制视频探头的开启和关闭，实现视频探头的便捷控制。
49.图4所示为本实用新型实施例提供的一种视频综合控制器的布局示意图；如图4所示，视频综合控制器主要包含4部分：主控模块、视频信号接收模块、记录仪模块和电源模块以及各项接口，如图3所示，方案设计接口较多，因此将控制器分成两块：主控板和电源接口板，gmsl接口通过sma接在主控板上，电源接口和通信接口通过j14h接插件接在电源板上，电源板和主控板通过samtec接插件相连。
50.在本实施例中，所述第一电压转换单元包括型号为thn 30-2412转换器，所述第二电压转换单元包括型号为ltm4644ey的降压调节器。
51.在本实施例中，所述主控芯片包括型号为zynq xc7z100芯片，其中zynq xc7z100内部集成了两个arm cortex-a9核和一个kintex 7的fpga。
52.本实施例提供一种箭上图像观测系统，所述系统包括上述实施例所述的视频综合控制器。
53.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他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、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。