CN114257558A - 一种基于arinc818的视频和通信数据传输的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ARINC818协议通过光纤介质传输视频和通信数据的方法及装置，该方法在兼容ARINC818协议进行视频传输的基础上，在视频数据帧空闲期间***通信数据帧。通过视频数据帧和通信数据帧使用不同的界定符，使得接收端方便的根据界定符分离视频数据帧和通信数据帧。涉及的通信装置由发送单元和接收单元组成，发送单元和接收单元都分别由处理器单元CPU、FPGA和光电转换模块组成其中；发送单元FPGA上运行通信数据编码单元、ARINC818视频编码单元、混合编码单元和高速串行发送单元；接收单元FPGA上运行高速串行接收单元、通信数据解码单元、ARINC818视频解码单元。本发明兼容现有的标准ARINC818视频的发送和接收设备，可广泛应用于设备之间需要同时传输视频和通信数据的场合，极大的降低设备之间的互联复杂程度。

Description

一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的方法及装置
技术领域
本发明属于视频接口技术领域，具体涉及一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的方法及装置。
背景技术
ARINC818是AEEC制定的基于FC-AV协议进行机载视频传输的接口方案，其支持无压缩的原始视频和音频数据进行传输。由于光纤传输的高带宽、抗干扰能力强、连接简单的特点，广泛应用于机载航空电子设备之间点到点的视频传输。ARINC818基于ADVBContainer进行视频帧的传输，一个ADVB Container包含Container Header，Object0，Object1，Object2和Object3。其中Object0包含了视频帧的信息，Object1用于传输音频数据，在只传输视频的应用中不存在。Object2用于传输逐行扫描的视频帧数据或隔行扫描的奇场数据，Object3用于传输隔行扫描的偶场数据。
ADVB Container基于FC-4的FHCP协议进行传输，其中Container Header和Object0使用单个FHCP Frame进行传输，Object2或Object3使用FHCP数据帧协议进行传输时，受限于FHCP数据帧数据载荷最大2112个字节的限制，单行视频数据可能要分为多个FHCP数据帧进行传输，以SXGA(1280*1024)分辨率的RGB888彩***为例，一行视频数据的有效字节数为3840个，在传输时一般分为两个数据域长度相同，均为1920字节的FHCP视频数据帧进行传输。
ARINC818协议支持在Object0中扩展用户自定义通信数据，但由于Object0在一个ADVB Container中才出现一次，因此在Object0扩展用户自定义数据时无法支持实时的、高速的通信数据传输。
另一方面，机载电子设备之间除了传输视频信号之外，往往还需要传输一些通信数据，这些通信数据往往要求有较高的实时性和一定的通信数据速率。传统的传输方式往往采用一些另外定义的总线接口，如FC-AE、ARINC429等，这些接口的引入会大大提高设备互联复杂度，而不能充分利用基于ARINC818的光纤传输链路的高带宽。因此需要发明一种基于ARINC818协议进行视频传输，同时还支持扩展传输通信数据的方法及装置。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的方法及装置。
其中，装置包括发送单元和接收单元，发送单元和接收单元都分别由处理器单元CPU、FPGA和光电转换模块组成；
发送单元CPU发送通信数据给发送单元FPGA；发送单元FPGA上运行通信数据编码单元、ARINC818视频编码单元、混合编码单元和高速串行发送单元，用于将通信数据和视频数据混合编码后串行发送给光电转换模块；发送单元光电转换模块将电信号转换为光信号通过光纤发送给接收单元；
接收单元的光电转换模块将光信号转换为电信号；接收单元FPGA上运行高速串行接收单元、通信数据解码单元、ARINC818视频解码单元，用于从串行的数据中分离出有效的视频数据和通信数据；并将通信数据发送给接收单元CPU。
进一步的，发送单元FPGA上的通信数据编码单元接收发送单元CPU发送的通信数据进行通信数据帧编码；发送单元FPGA上的ARINC818视频编码单元接收外部的视频数据进行ARINC818视频数据帧编码；混合编码单元将通信数据帧***视频数据帧的空闲期间；通过FPGA的高速串行发送单元串并转换后发送给光电转换模块；光电转换模块将高速串行电信号转换为光信号后通过光纤传递给接收模块。
进一步的，接收单元FPGA的高速串行接收单元将串行数据转换为并行数据；通信数据解码单元用于从混合通信数据中提取出通信数据发送给接收单元CPU；ARINC818视频解码单元用于从混合通信数据中提取出有效的视频数据。
基于上述装置，进行基于ARINC818的视频和通信数据混合传输的方法为：
视频数据帧的传输兼容ARINC818协议，在兼容ARINC818协议进行视频传输的基础上，在视频数据帧传输空闲期间***通信数据帧。通过视频数据帧和通信数据帧使用不同的界定符，使得接收端方便的根据界定符分离视频数据帧和通信数据帧；
视频数据帧在进行ARINC818编码传输时采用行同步的时序，在原始视频一行的时间内，ARINC818编码传输一行视频数据，其中行内视频数据帧之间采用最小的6个IDLE序列填充，剩余行间时间全部填充IDLE序列；
发送通信数据帧时，如果当前处于有效视频区域，则通信数据帧在下一个视频行间IDLE内***，如果当前处于视频消隐区域，则通信数据帧可以直接***。
进一步的，所述视频数据帧指ARINC818协议基于FHCP协议进行数据成帧，由SOF+帧头+数据载荷+CRC校验+EOF组成；一行视频数据包括若干个ARINC818视频数据帧。
有益效果
本发明具有良好的通用性和扩展性，可以实现在单个光纤链路上同时传输视频数据和通信数据，同时保证了通信数据传输延迟低，视频数据兼容ARINC818传输协议，可广泛应用于各类机载视频设备、显示设备、记录设备的之间的互联。
本发明兼容现有的标准ARINC818视频的发送和接收设备，可广泛应用于设备之间需要同时传输视频和通信数据的场合，极大的降低设备之间的互联复杂程度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明基于ARINC818的视频和通信数据混合传输方法及装置原理框图；
图2为SXGA视频行同步ARINC818发送时序；
图3通信数据帧格式；
图4通信数据帧的定义；
图5视频数据帧和通信数据帧混合数据流。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如图1所示，本发明涉及的基于ARINC818协议通过光纤介质传输视频和通信数据的装置由发送单元和接收单元组成，发送单元和接收单元都分别由处理器单元CPU、FPGA和光电转换模块组成。
发送单元CPU发送通信数据给发送单元FPGA；发送单元FPGA上运行通信数据编码单元、ARINC818视频编码单元、混合编码单元和高速串行发送单元，用于将通信数据和视频数据混合编码后串行发送给光电转换模块；发送单元光电转换模块将电信号转换为光信号通过光纤发送给接收单元。
具体而言，发送单元FPGA上的通信数据编码单元接收发送单元CPU发送的通信数据进行通信数据帧编码；发送单元FPGA上的ARINC818视频编码单元接收外部的视频数据进行ARINC818视频数据帧编码；混合编码单元将通信数据帧***视频数据帧的空闲期间；通过FPGA的高速串行发送单元串并转换后发送给光电转换模块；光电转换模块将高速串行电信号转换为光信号后通过光纤传递给接收模块。
接收单元的光电转换模块将光信号转换为电信号；接收单元FPGA上运行高速串行接收单元、通信数据解码单元、ARINC818视频解码单元，用于从串行的数据中分离出有效的视频数据和通信数据；并将通信数据发送给接收单元CPU。
具体而言，接收单元FPGA的高速串行接收单元将串行数据转换为并行数据；通信数据解码单元用于从混合通信数据中提取出通信数据发送给接收单元CPU；ARINC818视频解码单元用于从混合通信数据中提取出有效的视频数据。
基于上述装置，进行基于ARINC818的视频和通信数据混合传输的方法为：
视频数据帧的传输兼容ARINC818协议，在兼容ARINC818协议进行视频传输的基础上，在视频数据帧空闲期间***通信数据帧。通过视频数据帧和通信数据帧使用不同的界定符，使得接收端方便的根据界定符分离视频数据帧和通信数据帧。
视频数据帧在进行ARINC818编码传输时采用行同步的时序，即在原始视频一行的时间内，ARINC818编码传输一行视频数据，其中行内视频数据帧之间采用最小的6个IDLE序列填充，剩余行间时间全部填充IDLE序列，其中“视频数据帧”指ARINC818协议基于FHCP协议进行数据成帧，由SOF+帧头+数据载荷(视频数据)+CRC校验+EOF组成；一行视频数据可能包括多个ARINC818视频数据帧，具体由传输分辨率和FHCP协议决定。视频帧指水平和垂直方向上完整扫描的视频，与视频的刷新率有关，如60Hz的逐行扫描视频在16.67ms内传输一个视频帧。
以传输SXGA(1280*1024)分辨率的视频为例，其在3.1875Gbps的ARINC818线速率情况下一种行同步的传输时序如图2所示。ARINC818发送的LW CLK为79.6875MHz，SXGA的像素时钟PCLK为108MHz，一行视频的总像素数为1688个，有效视频像素数为1280个。一行的总时长对应的ARINC818 LW CLK为1245个时钟周期。一行视频分为两个FHCP视频数据帧进行传输，每个视频数据帧对应489个LW CLK，在一行对应的两个视频数据帧之间，行内IDLE个数为6个LW CLK，此时对应的行间IDLE个数为261个LW CLK。
发送通信数据帧时，如果当前处于有效视频区域，则通信数据帧在下一个视频行间IDLE内***，如果当前处于视频消隐区域，则通信数据帧可以直接***。
具体的，在行间IDLE期间，***IDLE只是为了保证视频时序和ARINC818发送时序同步，并未传递任何的有效视频数据信息。因此，本发明在行间IDLE之间***通信数据，完成视频帧和通信数据帧的混合编码传输；同样，在视频消隐的IDLE期间，也未进行有效的视频数据传输，也可以***通信数据帧。
定义的通信帧格式如图3所示，SOFs和EOFs是新定义的帧界定符，其8B10B编码结果如图4所示。Frame Header包含4个Bytes，其中BYTE0是表示通信数据流的标识，可以支持多个通信数据流在同一个ARINC 818通道上进行传输，BYTE1和BYTE2保留，实际传输中填0，BYTE3表示通信数据域的长度，用字节表示。数据域长度为0-256个字节，如果字节数不是4的整数倍，则最后一个LW的MSB传输有效通信数据，LSB填充0。采用与ARINC818 FHCP帧相同的CRC32校验。
对于上述传输方案，每个控制数据帧的长度最长为68个LW CLK，最大有效数据载荷为64个LW(256Byte)。在极限的情况下，每一行的行间IDLE都可以***一个控制数据帧，此时最对应的最大控制数据传输速率为1024*256*60＝15728640Byte/s，可以达到普通通信数据的传递速率要求，在有通信数据传输时，下一个视频行间IDLE就可以有效地将通信数据帧发出，因此通信数据帧的发送延时不大于1行视频的时间。
根据前面所述，在ARINC818协议视频数据帧行间IDLE***通信数据的混合编码传输的数据流入图5所示，通过视频数据和通信数据的混合编码传输，实现了视频数据和通信数据的在单根光纤中的传输。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的装置，其特征在于：包括发送单元和接收单元，发送单元和接收单元均分别由处理器单元CPU、FPGA和光电转换模块组成；
发送单元CPU发送通信数据给发送单元FPGA；发送单元FPGA上运行通信数据编码单元、ARINC818视频编码单元、混合编码单元和高速串行发送单元，用于将通信数据和视频数据混合编码后串行发送给光电转换模块；发送单元光电转换模块将电信号转换为光信号通过光纤发送给接收单元；
接收单元的光电转换模块将光信号转换为电信号；接收单元FPGA上运行高速串行接收单元、通信数据解码单元、ARINC818视频解码单元，用于从串行的数据中分离出有效的视频数据和通信数据；并将通信数据发送给接收单元CPU。
2.根据权利要求1所述一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的装置，其特征在于：发送单元FPGA上的通信数据编码单元接收发送单元CPU发送的通信数据进行通信数据帧编码；发送单元FPGA上的ARINC818视频编码单元接收外部的视频数据进行ARINC818视频数据帧编码；混合编码单元将通信数据帧***视频数据帧的空闲期间；通过FPGA的高速串行发送单元串并转换后发送给光电转换模块；光电转换模块将高速串行电信号转换为光信号后通过光纤传递给接收模块。
3.根据权利要求1所述一种基于ARINC818的视频和通信数据传输的装置，其特征在于：接收单元FPGA的高速串行接收单元将串行数据转换为并行数据；通信数据解码单元用于从混合通信数据中提取出通信数据发送给接收单元CPU；ARINC818视频解码单元用于从混合通信数据中提取出有效的视频数据。
4.利用权利要求1～3任一所述装置进行基于ARINC818的视频和通信数据混合传输的方法，其特征在于：
视频数据帧的传输兼容ARINC818协议，同时，在视频数据帧传输空闲期间***通信数据帧；通过视频数据帧和通信数据帧使用不同的界定符，使得接收端能够根据界定符分离视频数据帧和通信数据帧；
视频数据帧在进行ARINC818编码传输时采用行同步的时序，在原始视频一行的时间内，ARINC818编码传输一行视频数据，其中行内视频数据帧之间采用最小的6个IDLE序列填充，剩余行间时间全部填充IDLE序列；
发送通信数据帧时，如果当前处于有效视频区域，则在下一个视频行间IDLE内***通信数据帧，如果当前处于视频消隐区域，则直接***通信数据帧。
5.根据权利要求4所述基于ARINC818的视频和通信数据混合传输的方法，其特征在于：所述视频数据帧指ARINC818协议基于FHCP协议进行数据成帧，由SOF+帧头+数据载荷+CRC校验+EOF组成；一行视频数据包括若干个ARINC818视频数据帧。
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