信息技术论文：国产化多路高清视频光纤传输装置设计

　　信息技术：国产化多路高清视频光纤传输装置设计

　　1.引言

　　传统的分布式图像传输系统多采用模拟制式或者数字制式进行传输，其中模拟制式多采用PAL进行传输，虽然传输延时较低，但传输带宽同样较低，无法满足车辆乘员、中央处理器对于高清图像的传输处理需求；而数字制式则多通过网络方式进行传输，也多使用压缩-解压缩如H264/H265算法进行处理，传输延时高达100ms，无法满足车辆高速行驶过程中的实时传输处理需求。

　　本方案设计了一种国产化多路高清视频光纤传输装置，支持最多16路高清视频实时传输，图像传输延时小于1ms，支持下行数据调整相机状态，能够满足机动车辆多路视频实时采集，多路高清视频并行传输等需求。

　　2.设计方案

　　整个多路高清视频光纤传输装置由三个部分组成：视频发送传输端、视频接收传输端和视频传输网络环境。

　　视频的发射传输终端分布在全车的不同位置，完成对摄像头图像信号的前端采集，并通过视频传输网络传输到接收传输终端；视频接收传输终端位于综合核心机和显控终端的位置，通过视频传输网络接收处理视频图像信息，实现对图像态势观察的前端综合；视频传输网络用于将分布全车的发射传输终端的视频信号传输到位于核心机位置的接收传输终端，发送、接收终端点对点直连，完全由接收终端实现综合，传输环境根据车体情况不同由光纤、穿舱插座、光旋等组成，接插件选用密封能够密封的型号，走线光旋。通过整个传输系统的架构，能够实现分布全车的视频源的综合传输。

　　多路高清视频光纤传输装置的基本工作原理是通过发送传输终端采集图像传感器的视频信号，使用自定义视频传输协议将图像通过视频传输网络传输到接收传输终端。对视频传输网络中包含视频交换机的系统，通过交换机实现视频交互控制，对于视频传输网络不包含视频交换机的系统，视频交互控制通过接收传输终端实现。通过对自定义视频传输协议深度定制，可以通过在发送和接收终端之间的双向数据交互，使图像/光纤观察装置实现对图像传感器的状态采集和反向控制。

　　视频图像发射终端分布在整个车辆平台的各个设备中，通过DVI、HDMI或camlink接口与各种采集设备连接，通过自定义视频传输接口连接在整个视频传输网络中，发送传输终端上由DVI/HDMI/camlink专用接收/发送芯片实现DVI、camlink视频信号的采集，每个发送传输终端上能够采集两路视频信号，单纤双向光模块进行FC物理信号收发，通过两个光模块完成两路视频的发送和相应数据的双向通信，可以通过配置实现单路视频采集双路冗余发送。协议转换由视频核心处理实现，自定义视频传输协议控制同样由视频核心处理实现。供电由连接的各个不同单体分别提供，独立工作的发送传输终端也可以直接使用车电。

　　视频图像论文接收终端可集成在车辆的中央处理单元中，通过自定义视频传输接口连接在整个视频传输网络中，通过DVI、HDMI或DP接口与显示设备或图像处理设备连接，接收传输终端上由DVI/HDMI/DP专用接收/发送芯片实现DVI、HDMI、DP信号的送显，接收终端能够同时处理16路图像，单纤双向光模块进行自定义视频传输物理信号收发，通过16个光模块完成对16路视频的接收和相应数据的双向通信。协议转换由视频核心处理实现，自定义视频传输协议控制同样由视频核心处理实现。

　　3.硬件设计

　　视频发送终端通过可更换的视频输入接口模块接入HDMI接口接收摄像头的视频数据，接收的视频数据通过专用的视频接收解码芯片进行串并解码，解码后的数据流接入至FPGA进行格式转换以及协议数据流处理，FPGA对数据进行处理后将成帧后的码流发送至专用的串并编解码芯片，将并行数据流转换为高速串行信号后通过高速光模块将图像数据发送出去。视频发送终端支持接入双路HDMI视频输入，同时支持双路光纤输出。

　　视频接收终端的工作流程与发送终端相反，首先接收端从光模块接收发送端的光信号进行解析，通过光电转换为高速串行电信号，高速串行电信号通过串并转换芯片转换为并行的数据信号进入FPGA，FPGA对并行数据流进行解帧分析，解帧完成后的数据恢复为标准的视频数据流（像素数据+行扫+列扫），之后再将视频数据流信号发往HDMI接口芯片，通过HDMI接口芯片将视频流发往显示终端。

　　4.控制逻辑设计

　　图像观察装置视频信息基于FC协议进行传输，但是FC协议是一种单向的图像视频传输协议，直接应用FC协议设计传输设备无法复用相同的链路实现控制数据的双向传输，根据应用需求对协议的数据链路层进行相应的修改，利用图像帧的帧间隔空闲原语插入数据的方式实现双向数据传输。过修改数据链路层的发送控制器和接收控制器，在每个数据帧间隔中插入控制数据，实现双向数据通信过程。

　　5.结束语

　　本方案基于机动车辆分布式高清视频传输的需求，采用光纤视频传输方式，使用了国产化的核心元器件进行了设计，并创新性地对应用比较成熟的视频传输协议进行了改造，在协议中设计了双向通信机制，实现了图像观察装置中控制和状态信息的双向传递，通过测试检测，传输延时低于1ms，大大提高了视频传输的实时性，满足了机动车辆全角度多路视频态势感知的需求。