某型飛機高清DVI視頻采集傳輸技術

王贊超

摘 要：隨著視頻傳輸技術的不斷發展，視頻格式已經從以前的復合模擬視頻發展到VGA視頻，再到當前應用比較廣泛的DVI數字視頻，在某新型飛機的飛行試驗任務中，需要對機上多功能顯示器輸出的高清DVI視頻進行采集和傳輸，該DVI視頻的數據速率遠遠高于以往機上采集的視頻，該文對實施過程中遇到DVI信號時序匹配和衰減問題進行了研究分析，并對解決問題采用的DVI編碼技術和DVI均衡技術進行了詳細闡述。飛行試驗測試技術也必須跟隨航空電子技術的發展而發展，才能對航空電子產品進行鑒定。更為重要的是，通過機載視頻圖像的實時采集和遙測，實現座艙信息的實時監視，對保障飛行安全、保障試飛工程師及時有效地掌握飛行信息、及時做出飛行指令、加快飛行進度是必不可少的。

關鍵詞：飛行試驗 DVI視頻采集 DVI編碼 DVI均衡

中圖分類號：TN919.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0009-02

機載視頻圖像能夠直觀、準確的顯示飛機內部各獨立子系統的健康狀態，為地面飛行指揮人員和試飛工程師提供及時豐富的信息。當前許多新型飛機中已經開始采用DVI格式的數字視頻信號作為飛機顯示畫面的輸出，并且輸出的圖像分辨率不斷攀升，在本文所涉及的某新型飛機上，機載DVI多功能顯示器分辨率已達到1600×1200，數據速率達到1.62Gbps。下表1是常見DVI分辨率與數據速率對照關系。這種高清DVI顯示器的視覺效果是常規模擬PAL和VGA顯示器所無法比擬的，但同時也對飛行試驗視頻采集技術提出了新的挑戰。該型號飛機試飛任務需要對兩路1600×1200分辨率DVI視頻和一路1280×1024分辨率DVI視頻進行采集記錄和遙測下傳，該文將對任務完成過程中所克服的兩個技術難點加以闡述。

1 DVI編碼與圖形歪斜矯正

機上多功能顯示器輸出的視頻信號為符合VESA1.0標準的1600×1200@60 Hz的DVI數字視頻信號，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，轉換最小差分信號）進行傳輸的，單鏈路TMDS共有4對差分信號，包含3對數據信號和1對時鐘信號，最高帶寬為165 MHz。TMDS運用8位/10位編碼算法，將8bit像素數據（R、G、B基色信號）加入控制信號及糾錯等，編碼為10bit數據，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據，該文中機上多功能顯示器由RXC+與RXC-、RX0+與RX0-、RX1+與RX1-和RX2+與RX2-四對差分引腳輸出。

在使用機載MiniR700視頻采集器對該DVI信號采集記錄時，記錄的圖像呈現45度歪斜的現象，具體表現為第二行的第一個像素出現在了第一行最后，第三行前兩個像素出現在第二行最后，第四行前三個像素出現在第三行最后，依此類推。然而將該DVI信號接入普通電腦顯示器時，畫面正常，沒有出現歪斜。機載MiniR700視頻采集器記錄標準視頻信號源輸出的同格式DVI信號也是正常的。由此可見，機上多功能顯示器與機載MiniR700視頻采集器存在時序上的匹配問題。據了解，機上多功能顯示器由TFP410芯片負責TMDS信號的發送，TFP410是TI公司PanelBus平板顯示產品系列中的一種TDMS信號發送器，它集成了高速數字接口，TMDS編碼器和三個差分信號驅動器。完成了24位像素數據和一些控制信號接收，并通過編碼算法把圖像信號編碼成低壓差分數據流。

圖像45度歪斜問題的解決如下：首先對FPGA送入TFP410的數據和控制信號進行仿真，確保DE信號與有效像素數據在時序上是匹配的。然后確定在一個行掃描周期里，FPGA是否少發送了一個像素數據到TFP410，仿真結果顯示發送了1600個像素數據，故問題也不在這里。在經過對TFP410數據手冊的仔細研究后，找到一個可能影響圖像歪斜的因素，即數據de-skew功能。數據手冊顯示通過配置de-skew使能DKEN引腳和DK[3：1]引腳用來補償IDCK、像素信號、控制信號，可以實現校正圖形的歪斜。de-skew功能可以對建立、保持時間進行調整，在DKEN使能時， DK[3：1]可以對輸入數據的鎖存時刻與時鐘的有效沿之間的相對位置進行微調。輸入建立和保持時間調整的計算公式如下：

，其中，是調整增量數目；DK[3：1]是3位二進制可以表示0到7八種配置值；為累加的de-skew總數。

de-skew功能默認的為0，即DK[3：1]默認值為4，根據本文圖像45度歪斜的現象，是機載MiniR700視頻采集器采不到每行的第一個像素數據，故需要將像素數據的鎖存時刻提前，調試時利用FPGA通過TFP410的I?C接口將DK[3：1]配置為0后，45度歪斜的現象得到了矯正，同時將DVI視頻輸出接入普通顯示器，圖像也是正常的，說明時序的微調沒有出現副作用，至此圖像的歪斜問題得到了圓滿解決。

2 DVI均衡與圖像質量改善

機載MiniR700視頻采集器屬于飛行試驗測試設備，安裝在飛機設備艙，機上多功能顯示器位于座艙，兩者之間采用兩根四絞屏蔽線傳輸RXC+與RXC-、RX0+與RX0-、RX1+與RX1-和RX2+與RX2-四對差分信號。此外，從座艙經過密封穿艙插頭到設備艙的DVI視頻傳輸電纜長度約為7.4 m，用此電纜在機上實驗時機載MiniR700視頻采集器記錄的圖像噪點多，扭曲嚴重，有時甚至采不到圖像。根據以往的經驗，對于1024×768@60Hz的DVI視頻信號經過相同長度的電纜傳輸后，使用機載MiniR700視頻采集器記錄的圖像是沒有問題的，而1600×1200@60Hz的DVI視頻信號數據速率是1024×768@60Hz的兩倍還要多，故推測圖像質量差可能是高頻信號經過長電纜傳輸后的損耗引起的。

要補償電纜的高頻損耗，一種有效的方法是DVI均衡技術，DVI均衡是指對DVI傳輸通道的低通濾波特性進行頻域補償的處理過程，DVI信號的均衡處理一般分為發送預加重和后接收均衡兩種，采用發送預加重需要更改機上多功能顯示器，并且補償增益有限，故該文采用后均衡技術，在接收端MiniR700視頻采集記錄器前加入DVI均衡模塊。

該文采用TI公司的DS16EV5110A芯片對DVI信號進行均衡處理，DS16EV5110A針對DVI和HDMI接口設計，包含三個TMDS數據通道和一個時鐘通道，三個TMDS通道可對電纜傳輸高頻數字信號存在趨膚效應和介電損耗進行補償；時鐘通道通過限幅器對時鐘信號進行矯正。該文設計的DS16EV5110A電路原理圖如圖1所示，該電路具有以下特點。

通過撥碼開關控制增益強度，實現8級增益補償調節，可對不同電纜長度，進行相應補償。在FEB引腳拉高時通過芯片的3 個外部引腳BST_0、BST_1和BST_2對增益進行控制。對于該文使用的7.4 m的電纜長度，經過對8種增益強度的比對試驗，得到最佳的增益配置為3（011）。

具有時鐘信號檢測指示燈，當時鐘信號電平超過預設的門限時，SD引腳輸出高電平，點亮LED燈。

在加入該DVI均衡模塊后，使用7.4m長的電纜在機上實驗時機載MiniR700視頻采集器記錄的圖像清晰穩定，無明顯噪點，證明本文設計的DVI均衡器可以解決高分辨率DVI視頻長電纜傳輸后圖像質量差的問題。

3 結語

該文詳細闡述了在某新型飛機上對機上多功能顯示器輸出的分辨率為1600×1200@60 Hz的DVI數字視頻信號采集傳輸過程中遇到時序匹配和衰減問題及其解決方法，這兩個問題的及時解決對該型號飛機首飛時的視頻監控保障至關重要。機載試飛測試對多路像素點頻達到162 MHz的1600×1200@60 Hz分辨率的DVI視頻進行采集記錄和遙測下傳在國內還屬首次，隨著機載DVI視頻分辨率的不斷提升，該文中采用的方法對后續科研試飛中DVI視頻的采集任務具有重要的借鑒意義。

參考文獻

[1] 周莉莉，尹兆霞，高峰.數字視頻感煙探測—— 利用CCTV技術進行感煙探測[J].消防技術與產品信息，2006（6）：55-58.

[2] 邢濟達，王順，鐘剛，王延海.遠程數字視頻光纖傳輸技術的研究[J].長春理工大學學報：自然科學版，2009（4）：533-556.

[3] 孫志亮.DVI顯示原理及系統實現[C]//2007年紅外探測器及其在系統中的應用學術交流會論文集.2007.