基于FPGA的机载光纤SDI视频处理系统设计与实现

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随着航空技术的高速发展,现代飞机对机载视频显示及监控系统提出了越来越高的要求。对于教练机、新型试验机、大型客机、运输机等特殊种类的飞机,飞机上的观察员需要通过多个外部摄像头实时监控机体外部的情况,并通过机载座舱内部的显示屏综合观察、分析多路摄像头输入的视频信息,掌握飞机的机体状态。因此,飞机上迫切需要具有能够接收和处理多路高清晰度视频信号的系统。但目前的机载视频设备大都是只能实现对多路视频数据的采集,或者只能实现对单路视频数据的进一步处理。在此背景下,本文基于实习单位中航某公司的新产品开发项目,设计并实现了一种基于FPGA的机载光纤SDI视频处理系统。该系统可以接收3路分辨率为1920×1080、刷新率为30Hz的高清晰度光纤SDI视频,并在分辨率为1920×1200、刷新率为60Hz的屏幕上,实现了对3路视频图像的全屏拼接显示和单路视频的全屏切换显示;在显示输入的单路视频图像时,还可以对该路视频图像的局部进行2倍和4倍放大显示。本文以Xilinx公司Kintex?-7系列的FPGA芯片为基础,完成了系统功能设计和实现,具体如下:(1)实现了基于FPGA的机载视频处理系统的总体方案设计。首先根据系统要实现的总体功能,对视频处理系统的内部功能进行了划分,并对系统的视频处理流程进行了设计。(2)依据视频处理系统内部功能的划分,分别设计并实现了8种功能。其中,图像截取、图像缩放、图像拼接、图像开窗叠加和视频信号选择功能主要用于对视频进行相关处理;视频解码功能用于将输入的BT.1120视频信号解码为符合VESA标准的RGB视频信号;视频缓存功能用于暂时存储输入的视频,防止因为输入信号出现波动而造成视频卡顿;视频时序生成功能用于生成系统内部的视频同步信号。(3)在完成系统设计和实现后,对系统进行了内部模块仿真和总体功能验证。经过仿真表明,系统内部的各模块仿真结果与设计的功能一致,能正常实现所设计的功能。利用搭建的功能验证平台,对系统功能进行了验证,结果表明,系统能完成设计的所有功能,整个验证过程中,系统显示的视频图像清晰,画面正常,能够保持长时间稳定运行。在此基础上,按照军用设备环境试验方法对其进行了高低温测试,测试结果表明,该系统满足航空机载设备的高低温工作环境要求,可以在规定温度条件下正常工作。综上所述,本文设计的基于FPGA的机载光纤SDI视频处理系统实现了设计的系统总体功能,可用于实现运输机等大型飞机的外部机体监控功能,其设计思路与实现方法对类似视频处理系统的研制具有一定的参考价值。
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