基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统技术方案

本发明专利技术一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统，包含外部存储以及由FPGA实现的写瓦片块模块、读瓦片块模块、瓦片块旋转模块、视频帧缓存模块和视频时序重建模块，写瓦片块模块将视频帧划分成若干个瓦片块后写入外部存储；读瓦片块模块按照视频旋转后瓦片块的排列顺序将瓦片块从外部存储中读出存入RAM阵列中；瓦片块旋转模块从RAM阵列中读取瓦片块按照旋转方向进行旋转，旋转之后的视频数据通过视频帧缓存模块写入外部存储，视频时序重建模块将外部存储DDR中的旋转完成的视频帧读出，按照最终输出的时序进行时序重建后输出。本发明专利技术硬件资源消耗较小，实现视频的实时旋转，具有低延迟、低功耗、高可靠性、可重用性等优点。

Rotation processing system of Aeronautical display task based on block storage operation

【技术实现步骤摘要】
基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统
本专利技术属于航空视频图像处理领域，具体涉及一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统。
技术介绍
在航空设计领域，视觉处理技术主要对各种视频图像(例如摄像头视频、雷达视频、红外视频、数字地图、GPU图形)进行视频图像处理，专门针对航空视频领域的处理技术细分为航空视频图像处理技术。无论民用或军用飞机，通常都有一定数量的视觉传感器，诸如摄像头、雷达等传感器最终都会以视频的形式呈现在机舱显示器上供飞行员观看，而在实际应用场合中，一些视觉传感器由于安装角度、取景方式等原因，其获取的原始画面角度常常与实景存在+/-90°的角度差异，这就要求对原始画面进行旋转操作。目前采用的是外置SSRAM视频旋转方案，即在FPGA芯片外部挂载SSRAM存储芯片，作为视频帧缓存空间，依靠对SSRAM的读写访问实现旋转目的；缺点是额外硬件开销大，硬件成本高，功耗大，系统集成度较低。
技术实现思路
为解决上述视频旋转需求，本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统，采用块式操作技术，对原始视频画面进行实时旋转操作。本专利技术硬件资源消耗较小，实现视频的实时旋转，具有低延迟、低功耗、高可靠性、可重用性等技术优点。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统，包含外部存储DDR以及由FPGA实现的写瓦片块模块、读瓦片块模块、瓦片块旋转模块、视频帧缓存模块和视频时序重建模块，其中：写瓦片块模块将视频帧划分成若干个瓦片块后写入外部存储DDR；读瓦片块模块按照视频旋转后瓦片块的排列顺序将瓦片块从外部存储DDR中读出存入RAM阵列中；瓦片块旋转模块从RAM阵列中读取瓦片块按照旋转方向进行旋转，旋转之后的视频数据通过视频帧缓存模块写入外部存储DDR，视频时序重建模块将外部存储DDR中的旋转完成的视频帧读出，按照最终输出的时序进行时序重建，并最终输出视频。优选地，写瓦片块模块、读瓦片块模块之间采用双视频帧乒乓操作方式进行读写，读瓦片块模块与瓦片块旋转模块之间采用双瓦片块乒乓操作方式进行读写。优选地，基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统还包含由FPGA实现的视频有效性检验模块，视频有效性检测模块对外部输入的视频进行分辨率实时检测，视频的分辨率若不符合规定，则视频不会进入写瓦片块模块，直到视频的分辨率通过检测，证实视频的有效性之后，视频会进入写瓦片块模块。本专利技术采用DDR作为缓存器件，与传统的外置SSRAM视频旋转方案相比，不增加额外的硬件开销，降低了硬件成本，具有较小的功耗，同时提高了硬件的利用效率；从上述原理阐述可以看到，处理流程采用流水操作，原始视频输入到旋转视频输出的延时在1～2帧之间，处理延时相对较小；本专利技术技术方案全部采用VerilogHDL硬件描述语言实现，适用平台广泛，具有较强的可重用性和可移植性。附图说明图1为基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统的结构示意图。图2视频帧划分成瓦片块的示意。图3旋转+90°读瓦片模块读取瓦片块的顺序。图4视频旋转过程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1所示，本实施例所示的一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统包含外部存储DDR以及由FPGA实现的视频有效性检验模块、写瓦片块模块、读瓦片块模块、瓦片块旋转模块、视频帧缓存模块和视频时序重建模块。视频有效性检验模块连接视频输入接口，视频时序重建模块连接视频输出接口，写瓦片块模块、读瓦片块模块和视频帧缓存模块连接外部存储DDR。视频有效性检测模块对外部输入的视频进行分辨率实时检测，视频的分辨率若不符合规定，则视频不会进入写瓦片块模块，直到视频的分辨率通过检测，证实视频的有效性之后，视频会进入写瓦片块模块。写瓦片块模块将视频帧划分成若干个瓦片块后写入外部存储DDR，如图2所示。读瓦片块模块按照视频旋转后瓦片块的排列顺序将瓦片块从外部存储DDR中读出存入RAM阵列中。参见图3所示旋转角度为+90°时行为逻辑，读瓦片模块按照箭头所指方向从视频帧的第一列最后一个瓦片块开始向上进行读取瓦片块存入RAM，当前一列的瓦片块读取完后再读后一列的瓦片块，以此类推，将同一视频帧的所有瓦片块读出，至此，整个视频帧的瓦片读取操作完成。旋转角度为-90°时行为逻辑也相同，从最后一列的第一行开始向下读瓦片块，后一列读完了再读前一列的瓦片块，以此类推，将同一视频帧的所有瓦片块读出。瓦片块旋转模块从RAM阵列中读取瓦片块按照旋转目标进行旋转，此时的数据就已经是完成旋转的数据，旋转之后的视频数据通过视频帧缓存模块写入外部存储DDR，视频时序重建模块将外部存储DDR中的旋转完成的视频读出，按照最终输出的时序进行时序重建，并最终输出视频。写瓦片块模块、读瓦片块模块之间采用双视频帧乒乓操作方式进行读写，读瓦片块模块与瓦片块旋转模块之间采用双瓦片块乒乓操作方式进行读写，整个处理过程基于流水操作方式，以瓦片块为操作单位，对瓦片块进行逐个写入、读出、旋转，直至整个视频帧完成旋转操作。其中，“双视频帧乒乓操作”和“双瓦片乒乓操作”概念类似，区别在于：前者的操作对象是视频帧，而后者的操作对象是瓦片块。乒乓操作概念如下：乒乓操作首先需要在缓存空间中开辟A、B两片相同大小的缓存空间；数据写入模块首先对A缓存进行输入写入；写满A缓存之后，开始对B缓存进行写入，于此同时数据读出模块开始对A缓存进行数据读取，即B缓存的写入和A缓存的读出是并行的；数据读出模块的处理速度要求不小于数据写入模块，这样一来，在B缓存写满之前，A缓存能够保证读取完毕；下一个阶段，B缓存写满后数据写入模块开始写A缓存，而数据读出模块开始对刚刚写满的B缓存进行读取操作。下面以XILINX-K7FPGA和64bitsDDR3构成的基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统为例对视频的处理过程进行说明。外部视频输入源为摄像头，输入视频分辨率为1024x768@60Hz；显示设备为商用显示器，输出视频为1280x1024@60Hz，其中768x1024部分是原始输入视频做旋转的画面，该视频叠加在黑色背景上组成1280x1024的输出视频。完整的视频处理过程如图4所示：摄像头采集到的视频进入视频旋转板卡，首先经过视频解码芯片，将XGA视频解码为RGB24bit并行视频数据输入FPGA；输入的视频流首先经过有效性检验模块，稳定合法的视频流能够通过有效性检测模块；写瓦片块模块视频帧按照瓦片块的形式写入外部存储DDR，写入方式采用双视频乒乓操作模式；读瓦片块模块将视频帧按旋转目标以瓦片块的形式读出外部存储DDR写入RAM阵列，读取方式采用双视频乒乓操作模式，读瓦片块模块的读出速度不小于写瓦片块模块的写入速度；写入方式采用双瓦片块乒乓操作模式。瓦片块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统，包含外部存储DDR以及由FPGA实现的写瓦片块模块、读瓦片块模块、瓦片块旋转模块、视频帧缓存模块和视频时序重建模块，其特征在于：/n写瓦片块模块将视频帧划分成若干个瓦片块后写入外部存储DDR；/n读瓦片块模块按照视频旋转后瓦片块的排列顺序将瓦片块从外部存储DDR中读出存入RAM阵列中；/n瓦片块旋转模块从RAM阵列中读取瓦片块按照旋转方向进行旋转，旋转之后的视频数据通过视频帧缓存模块写入外部存储DDR，视频时序重建模块将外部存储DDR中的旋转完成的视频帧读出，按照最终输出的时序进行时序重建，并最终输出视频。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于块式存储操作的航空显示任务旋转处理系统，包含外部存储DDR以及由FPGA实现的写瓦片块模块、读瓦片块模块、瓦片块旋转模块、视频帧缓存模块和视频时序重建模块，其特征在于：
写瓦片块模块将视频帧划分成若干个瓦片块后写入外部存储DDR；
读瓦片块模块按照视频旋转后瓦片块的排列顺序将瓦片块从外部存储DDR中读出存入RAM阵列中；
瓦片块旋转模块从RAM阵列中读取瓦片块按照旋转方向进行旋转，旋转之后的视频数据通过视频帧缓存模块写入外部存储DDR，视频时序重建模块将外部存储DDR中的旋转完成的视频帧读出，按照最终输出的时序进行时序重建，并最...

【专利技术属性】
技术研发人员：王肖强，杨爱良，朱晓巍，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31