一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置及方法制造方法及图纸

一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置及方法，包括：依次连接的Camera link接口和Camera link视频解码器；依次连接的LVDS接口和LVDS视频解码器；依次连接的DVI接口和DVI视频编码器；依次连接的通讯接口及通讯模块；FPGA数字处理电路以及SRAM存储器、FPGA配置电路、晶振电路、电源电路；所述Camera link视频解码电路、LVDS视频解码电路、DVI视频编码电路、SRAM存储器以及通讯电路同时与FPGA数字信号处理电路连接；所述晶振电路输出端接入FPGA的全局时钟引脚；在FPGA的控制下生成或输出各时钟信号；所述FPGA数字处理电路通过串行接口将程序固化在FPGA配置电路中；所述电源电路为各电路供电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置及方法
本专利技术涉及图像传输领域，具体涉及一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置及方法。
技术介绍
某航天运载器上安装Cameralink接口的可见光传感器、LVDS接口的红外传感器用来观察发动机点火、级间分离、星箭分离等飞行时序下的情况。随着光电技术不断发展，视频传感器分辨率越来越高、视频电气接口技术不断发展，为适应运载器上的原有的DVI视频压缩接口，需要根据运载器上光纤总线的指令信息决定将可见光Cameralink接口或者红外LVDS接口转换成DVI接口，同时将可见光或者红外视频数据按照DVI的协议发送。由于运载器空间重量的限制，需要充分利用其上的宝贵资源，以便实现减少电气传输通道提高资源利用率的目的，同时可以极大地提高数据传输的可靠性。
技术实现思路
针对现有技术的改进需求，本专利技术目的在于利用FPGA编程灵活、集成度高的优势，实现多格式视频接口解码、转换，将视频数据转换成DVI接口数据，同时将电气总线的光纤接口的遥测数据也转换成DVI接口数据，经与图像数据的叠加后，通过无线遥测链路混合传输到地面测控站。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置(及方法)，其特征在于包括：依次连接的Cameralink接口和Cameralink视频解码器；依次连接的LVDS接口和LVDS视频解码器；依次连接的DVI接口和DVI视频编码器；依次连接的通讯接口及通讯模块；FPGA数字处理电路以及SRAM存储器、FPGA配置电路、晶振电路、电源电路；所述Cameralink视频解码电路、LVDS视频解码电路、DVI视频编码电路、SRAM存储器以及通讯电路同时与FPGA数字信号处理电路连接；所述晶振电路输出端接入FPGA的全局时钟引脚；在FPGA的控制下生成或输出各时钟信号；所述FPGA数字处理电路通过串行接口将程序固化在FPGA配置电路中；所述电源电路为各电路供电。优选地，所述通讯接口为光纤接口，所述通讯模块为光模块，所述光纤接口通过光模块与所述FPGA数字处理电路的GTP(吉比特收发器)IP核的物理引脚连接。本专利技术还提供了一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置的多格式视频接口转换方法，其特征在于包括以下步骤：S1、通过通讯接口及通讯模块接收运载器飞行时序指令；S2、当运载器飞行时序指令要求将可见光视频转换成DVI接口数据时，可见光视频经Cameralink解码电路解码后生成包括视频行信号hs1，视频场信号vs1，时钟clk1和可见光图像数据data1的TTL信号输出给FPGA；先通过异步先入先出队列Wr_Fifo1缓存，对可见光视频图像进行电子变倍算法，再通过对静态存储器SRAM进行读写控制，用异步先入先出队列Rd_Fifo3把SRAM中数据缓存读出，整个过程循环进行实现可见光视频图像变帧频算法；按照VESA标准中DVI发生时序，FPGA输出的视频行信号hs3，视频场信号vs3，时钟clk3，图像数据data3通过DVI视频编码器编码后生成DVI接口视频；S3、当运载器飞行时序指令要求将红外视频转换成DVI接口数据时，红外视频经LVDS解码电路后生成包括视频行信号hs2，视频场信号vs2，时钟clk2和图像数据data2的TTL信号输出给FPGA；先通过两个异步先入先出队列Wr_Fifo2.1和Wr_Fifo2.2缓存，对红外视频进行电子变倍算法，再对SRAM进行读写控制，用异步Rd_Fifo3把SRAM中数据缓存读出，整个过程循环进行实现红外视频图像变帧频算法；按照VESA标准中DVI发生时序，FPGA输出的视频行信号hs3，视频场信号vs3，时钟clk3，图像数据data3通过DVI视频编码器编码后生成DVI接口视频；其中，步骤S2和步骤S3顺序根据实际情况可以互换，实际情况即是根据运载器飞行时序指令要求；其中，Cameralink可见光视频图像为L1×W1@f1Hz、kc(bit)的格式视频图像，其分辨率L1×W1，频率f1；电子变倍变频后的DVI接口视频图像为L3×W3@f3Hz、kd(bit)的格式视频，其分辨率L3×W3，频率f3，其中f1＜f3；其中，LVDS红外视频图像为L2×W2@f2Hz、kl(bit)的格式视频图像，其分辨率L2×W2，频率f2；电子变倍变频后的DVI接口视频图像为L3×W3@f3Hz、kd(bit)的格式视频，其分辨率L3×W3，频率f3，其中f2＜f3。进一步地，所述步骤S1中的通讯接口及通讯模块具体为光纤接口及光模块，所述光纤接口通过光模块与所述FPGA数字处理电路的GTPIP核的物理引脚连接，所述通讯接口接收的运载器飞行时序指令通过GTP模块解码生成时钟clk4和data4后输出给FPGA，完成指令数据的解析。进一步地，所述步骤S2还包括步骤S21、生成DVI接口视频的同时，将通讯接口接收的遥测信息，通过GTP模块解码生成遥测数据data4，先输入异步先入先出队列Fifo4中进行缓存，当DVI视频场信号vs3有效，且视频行信号hs3有效，并且行计数r1<cnt_row3<r2，将Fifo4输出的数据Fifo_q4叠加在DVI图像前或后(r2-r1-1)行，完成遥测数据与图像数据的叠加，输出混和后的DVI接口视频，经后端视频压缩模块后，再经遥测无线链路传输到地面测控站。具体地，光纤接口数据叠加方法为：根据协议约定，遥测信息分为缓变帧和速变帧两种不同帧类型。若检测到当前帧为缓变帧，则将缓变帧直接缓存在异步先入先出队列Fifo4中。Fifo4的写入时钟为clk4，读出时钟为DVI的发生时钟clk3；若检测到当前帧为速变帧，则将当前速变帧缓存在寄存器Reg_buff_中，缓存够一定的帧数(速变帧频率/缓变帧频率，两者相除得出帧数的值)，完成速变帧到缓变帧的转换。随后则将转换后的速变帧的内容存入Fifo4中。若未检测到速变帧，则在缓变帧到来时，用一定字节(该字节数为速变帧每帧数据长度乘以帧数，该帧数＝速变帧频率/缓变帧频率)的"00"代替速变帧，和缓变帧一起组成一帧遥测数据大小的字节帧，写入Fifo4。在DVI场信号vs3，行信号hs3都有效，并且图像处在前两行时，在DVI图像时钟clk3的控制下，将Fifo4读出的每个遥测数据复制若干次后，此若干次的确定原则是遥测数据的位宽经若干次复制以后拼接成目标像素的位宽数据，叠加在DVI视频图像第一行和第二行的前若干个像素输出。后端数据链在读出遥测数据时，可将提取出的目标像素位宽数据，拆分成得到原始遥测数据。其中，Fifo4输入输出位宽跟遥测数据位宽保持一致；深度的设定原则是大于一帧遥测数据长度，同时小于FPGA中Fifo深度最大值。进一步地，所述步骤S3还包括步骤S31、生成DVI接口视频的同时，将遥测信息，通过GTP模块解码生成遥测数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置，其特征在于包括：/n依次连接的Camera link接口和Camera link视频解码器；/n依次连接的LVDS接口和LVDS视频解码器；/n依次连接的DVI接口和DVI视频编码器；/n依次连接的通讯接口及通讯模块；/nFPGA数字处理电路以及SRAM存储器、FPGA配置电路、晶振电路、电源电路；/n所述Camera link视频解码电路、LVDS视频解码电路、DVI视频编码电路、SRAM存储器以及通讯电路同时与FPGA数字信号处理电路连接；/n所述晶振电路输出端接入FPGA的全局时钟引脚；在FPGA的控制下生成或输出各时钟信号；/n所述FPGA数字处理电路通过串行接口将程序固化在FPGA配置电路中；/n所述电源电路为各电路供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置，其特征在于包括：
依次连接的Cameralink接口和Cameralink视频解码器；
依次连接的LVDS接口和LVDS视频解码器；
依次连接的DVI接口和DVI视频编码器；
依次连接的通讯接口及通讯模块；
FPGA数字处理电路以及SRAM存储器、FPGA配置电路、晶振电路、电源电路；
所述Cameralink视频解码电路、LVDS视频解码电路、DVI视频编码电路、SRAM存储器以及通讯电路同时与FPGA数字信号处理电路连接；
所述晶振电路输出端接入FPGA的全局时钟引脚；在FPGA的控制下生成或输出各时钟信号；
所述FPGA数字处理电路通过串行接口将程序固化在FPGA配置电路中；
所述电源电路为各电路供电。


2.根据权利要求1的多格式视频接口转换装置，其特征在于所述通讯接口为光纤接口，所述通讯模块为光模块，所述光纤接口通过光模块与所述FPGA数字处理电路的GTPIP核的物理引脚连接。


3.一种基于FPGA的多格式视频接口转换装置的多格式视频接口转换方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、通过通讯接口及通讯模块接收运载器飞行时序指令；
S2、当运载器飞行时序指令要求将可见光视频转换成DVI接口数据时，可见光视频经Cameralink解码电路解码后生成包括视频行信号hs1，视频场信号vs1，时钟clk1和可见光图像数据data1的TTL信号输出给FPGA；
先通过异步先入先出队列Wr_Fifo1缓存，对可见光视频图像进行电子变倍算法，再通过对静态存储器SRAM进行读写控制，用异步先入先出队列Rd_Fifo3把SRAM中数据缓存读出，实现可见光视频图像变帧频算法；
按照VESA标准中DVI发生时序，FPGA输出的视频行信号hs3，视频场信号vs3，时钟clk3，图像数据data3通过DVI视频编码器编码后生成DVI接口视频；
S3、当运载器飞行时序指令要求将红外视频转换成DVI接口数据时，红外视频经LVDS解码电路后生成包括视频行信号hs2，视频场信号vs2，时钟clk2和图像数据data2的TTL信号输出给FPGA；
先通过两个异步先入先出队列Wr_Fifo2.1和Wr_Fifo2.2缓存，对红外视频进行电子变倍算法，再对SRAM进行读写控制，用异步Rd_Fifo3把SRAM中数据缓存读出，实现红外视频图像变帧频算法；
按照VESA标准中DVI发生时序，FPGA输出的视频行信号hs3，视频场信号vs3，时钟clk3，图像数据data3通过DVI视频编码器编码后生成DVI接口视频；
其中，步骤S2和步骤S3顺序根据实际情况可以互换。


4.根据权利要求3的多格式视频接口转换方法，其特征在于所述步骤S1中的通讯接口及通讯模块具体为光纤接口及光模块，所述光纤接口通过光模块与所述FPGA数字处理电路的GTPIP核的物理引脚连接，所述通讯接口接收的运载器飞行时序指令通过GTP模块解码生成时钟clk4和data4给FPGA，完成指令数据的解析。


5.根据权利要求4的多格式视频接口转换方法，其特征在于所述步骤S2还包括
步骤S21、生成DVI接口视频的同时，将通讯接口接收的遥测信息，通过GTP模块解码生成遥测数据data4，先通过异步先入先出队列Fifo4缓存，当DVI视频场信号vs3有效，且视频行信号hs3有效，并且行计数r1<cnt_row3<r2，将Fifo4的输出数据Fifo_q4叠加在DVI图像前或后(r2-r1-1)行，完成遥测数据与图像数据的叠加，输出混合后的DVI视频图像。


6.根据权利要求4的多格式视频接口转换方法，其特征在于所述步骤S3还包括
步骤S31、生成DVI接口视频的同时，将通讯接口接收的遥测信息，通过GTP模块解码后生成遥测数据data4，先通过异步先入先出队列Fifo4缓存，当DVI视频场信号vs3有效，且视频行信号hs3有效，并且行计数r1<cnt_row3<r2，将Fifo4输出Fifo_q4叠加在DVI图像前或后(r2-r1-1)行，完成遥测数据与图像数据的叠加，输出混合后的DVI视频图像。


7.根据权利要求3的多格式视频接口转换方法，其特征在于所述步骤S2中所述可见光视频电子变倍算法具体是：
Cameralink可见光视频图像为L1×W1@f1Hz、kc(bit)的格式视频图像，其分辨率L1×W1，频率f1；电子变倍变频后的DVI接口视频图像为L3×W3@f3Hz、kd(bit)的格式视频，其分辨率L3×W3，频率f3；其中f1＜f3；
当可见光视频场信号vs1＝1时，通过对可见光视频行信号hs1上升延计数，可得到可见光图像的行计数cnt_row1；当可见光图像行信号hs1＝1时，通过对时钟clk1计数，可得到图像的列计数cnt_col1；当图像行...

【专利技术属性】
技术研发人员：温凯，韩明晶，刘群昌，陶金，李朝伟，甘霖，孙秀耀，杨发亮，翟致恒，付豪，彭志超，朱佩婕，
申请(专利权)人：航天科工火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42