基于大型飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的DVI視頻分配技術(shù)研究?

張吉璇 楊 成

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 西安710089）

1 引言

在大型飛機(jī)上對(duì)任務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行視頻采集記錄，已經(jīng)成為現(xiàn)代試飛測(cè)試中必不可少的一部分。對(duì)大型飛機(jī)進(jìn)行試飛測(cè)試時(shí)，任務(wù)系統(tǒng)位于機(jī)身后方，測(cè)試系統(tǒng)多處于機(jī)身中部，需要對(duì)任務(wù)系統(tǒng)視頻信號(hào)進(jìn)行多路分配，實(shí)現(xiàn)同一視頻信號(hào)多屏顯示的功能。

本文研究一種DVI視頻分配器，對(duì)任務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行多路分配，實(shí)現(xiàn)同一視頻信號(hào)可顯示可記錄功能，且克服了大型飛機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸記錄困難，整個(gè)系統(tǒng)體積減小，性能穩(wěn)定，可靠性高。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)

針對(duì)試飛過程中，飛機(jī)的體積特點(diǎn)、功能需求，需要研制DVI視頻分配器，接收飛機(jī)上光電轉(zhuǎn)換器輸出的DVI視頻信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)分配，輸出1路原始信號(hào)，信號(hào)電氣特性與輸入一致，進(jìn)行任務(wù)系統(tǒng)顯示，同時(shí)輸出1路轉(zhuǎn)換后的DVI視頻信號(hào)用于采集記錄。

設(shè)計(jì)過程中需要考慮三個(gè)技術(shù)特性。

1）DVI視頻信號(hào)輸出特性。本文中采用的輸入DVI信號(hào)源為符合DVI 1.0標(biāo)準(zhǔn)，圖像分辨率為1920×1080像素，60Hz的視頻信號(hào)，則輸出視頻與輸入視頻信號(hào)特性相同。

2）DVI分配器均衡配置特性。可方便調(diào)節(jié)分配器上的均衡值，實(shí)現(xiàn)在傳輸損耗較大的鏈路中，有效改善接收端的信號(hào)質(zhì)量。

3）DVI分配器中繼傳輸特性。研究中繼傳輸技術(shù)，解決大型飛機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，保證傳輸距離大于26m不失真。

3 電路原理框圖及原理分析

DVI視頻分配器用于對(duì)任務(wù)系統(tǒng)顯示器的DVI信號(hào)進(jìn)行抽引采集，將光電轉(zhuǎn)換器輸出至任務(wù)顯示器的DVI視頻信號(hào)進(jìn)行分配，輸入端采用任務(wù)顯示器的視頻信號(hào)輸入原機(jī)線纜，輸出兩路視頻信號(hào)一路至采集記錄設(shè)備，另一路返回至任務(wù)顯示器。保證分配后的輸出視頻信號(hào)質(zhì)量良好，無干擾現(xiàn)象。

3.1 總功能電路原理框圖設(shè)計(jì)

任務(wù)顯示器DVI視頻分配器將飛機(jī)上電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換后給設(shè)備供電，接收原機(jī)上顯示器的DVI視頻信號(hào)，通過分配電路進(jìn)行一分二處理，其中一路視頻信號(hào)輸出給原機(jī)上顯示器。對(duì)于其他未涉及的通訊信號(hào)等，分配器僅進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接。其功能框圖如圖1所示。

圖1 總功能電路原理功能框圖

系統(tǒng)加裝任務(wù)顯示器DVI視頻分配器的安裝方式如圖2所示。

圖2 加裝DVI視頻分配器后的機(jī)上安裝方式

3.2 視頻處理模塊

DVI視頻處理模塊主要包括DVI接口保護(hù)電路、DVI驅(qū)動(dòng)（均衡）電路、DVI視頻分配電路、中繼電路。其原理框圖如圖3所示。

圖3 DVI視頻處理模塊原理框圖

1）DVI接口保護(hù)電路

對(duì)視頻處理印制板上的輸入輸出接口進(jìn)行接口保護(hù)，防止印制板和芯片受到靜電等損傷。

2）DVI驅(qū)動(dòng)（均衡）電路

為獲取良好的視頻質(zhì)量畫面，增加分配過程的抗干擾能力，采用均衡器電路，對(duì)傳輸過程中DVI視頻信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。DVI驅(qū)動(dòng)（均衡）電路選用DS16EV5110芯片，對(duì)外部輸入的一路DVI信號(hào)，根據(jù)外部輸入信號(hào)的強(qiáng)度，以及FPGA輸出的均衡器增益值，進(jìn)行均衡處理，以獲得良好的DVI信號(hào)。用戶通過面板插座上引出的串口和FPGA通信，發(fā)指令調(diào)整均衡器參數(shù)。具體調(diào)整過程如下。

圖4 FPGA與調(diào)整衡器示意圖

FPGA在FEB=0和FEB=1不同控制信號(hào)下，F(xiàn)PGA管腳BST_2、BST_1、BST_0的電平信號(hào)，并得到對(duì)應(yīng)的均衡器增益值如表1所示，從而對(duì)外部輸入的每一路DVI視頻信號(hào)進(jìn)行均衡處理。

在FEB=0時(shí)，可由FPGA通過I2C協(xié)議對(duì)均衡芯片的均衡等級(jí)進(jìn)行配置；在FEB=1時(shí)，由管腳BST_2、BST_1、BST_0來設(shè)置不同的均衡值。均衡器增益值如表1所示。

表1 均衡器增益控制表

3）DVI一分二電路

DVI一分二電路選用TI公司的可調(diào)節(jié)的1.4Gbps的四路1：2復(fù)用器。可以支持分辨率至少為1920×1080@60Hz的DVI視 頻 信 號(hào) 分 配。SN65LVCP114ZJA-BGA芯片，對(duì)外部輸入的一路DVI信號(hào)進(jìn)行一分二處理，獲得兩路DVI信號(hào)，其中一路送至機(jī)上任務(wù)顯示器，另一路送至視頻數(shù)據(jù)采集記錄設(shè)備。該芯片視頻信號(hào)分配器原理如圖5所示。

圖5 DVI視頻信號(hào)一分二原理示意圖

4）中繼電路

中繼電路采用DVI視頻信號(hào)均衡放大器電路，使DVI視頻信號(hào)得到增強(qiáng)，確保采集記錄的一路DVI視頻信號(hào)傳輸距離大于26m不失真。DVI中繼電路選用美信公司成熟的中繼傳輸技術(shù)，可以利用DVI線纜傳輸1080P視頻至少36m以上。DVI中繼電路原理示意圖如圖6所示。

圖6 DVI中繼電路原理示意圖

3.3 電源轉(zhuǎn)換模塊

電源轉(zhuǎn)換模塊采用VICOR公司的QPI-3LZ的EMI濾波器和V24C5T系列電源模塊，輸出功率50W，輸出紋波可以控制在50mV以內(nèi)。將機(jī)載28VDC電壓轉(zhuǎn)換為+5VDC電壓，并經(jīng)過LDO芯片轉(zhuǎn)換為+3.3VDC、+2.5VDC、+1.2VDC電壓為其它功能模塊供電。該電源模塊輸入電壓范圍為18VDC~36VDC。設(shè)備采用上電后自啟動(dòng)的工作方式。系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換模塊原理框圖如圖7所示。

圖7 電源轉(zhuǎn)換模塊工作原理框圖

為了有效降低輸入噪聲紋波以及電磁抗干擾能力，在輸端特意增加了EMI、噪聲濾波器，有效提高了電源工作效率。該EMI、噪聲濾波器采用與電源模塊配套的輸入濾波器。

4 分配器研制結(jié)果

任務(wù)顯示器DVI視頻分配器主要在機(jī)載環(huán)境下使用，因此結(jié)構(gòu)要求比較苛刻，對(duì)于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、EMC等方面尤其要重視，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循力學(xué)的環(huán)境要求，設(shè)計(jì)出外觀時(shí)尚、堅(jiān)固耐用、安裝方便的設(shè)備殼體，滿足機(jī)載環(huán)境設(shè)備使用要求。

作為機(jī)載設(shè)備，任務(wù)顯示器DVI視頻分配器結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮體積小、重量輕、可快速安裝與拆卸的特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的分配器三維模型圖如圖8所示。

最終設(shè)備的尺寸為170mm×170mm×36.6mm（長(zhǎng)×寬×深），所有接插件全部選用標(biāo)準(zhǔn)航空接插件，符合機(jī)上環(huán)境要求。

5 結(jié)語

視頻信號(hào)分配器的研制產(chǎn)品經(jīng)過了機(jī)載環(huán)境的考驗(yàn)，解決了信號(hào)均衡、中繼傳輸?shù)碾y題，滿足了大型飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)多屏顯示記錄的功能。產(chǎn)品小型化、高可靠、性能優(yōu)，在軍品、民品中有很大的使用價(jià)值，具有很強(qiáng)的通用性。