王赞超

摘 要：随着视频传输技术的不断发展，视频格式已经从以前的复合模拟视频发展到VGA视频，再到当前应用比较广泛的DVI数字视频，在某新型飞机的飞行试验任务中，需要对机上多功能显示器输出的高清DVI视频进行采集和传输，该DVI视频的数据速率远远高于以往机上采集的视频，该文对实施过程中遇到DVI信号时序匹配和衰减问题进行了研究分析，并对解决问题采用的DVI编码技术和DVI均衡技术进行了详细阐述。飞行试验测试技术也必须跟随航空电子技术的发展而发展，才能对航空电子产品进行鉴定。更为重要的是，通过机载视频图像的实时采集和遥测，实现座舱信息的实时监视，对保障飞行安全、保障试飞工程师及时有效地掌握飞行信息、及时做出飞行指令、加快飞行进度是必不可少的。

关键词：飞行试验 DVI视频采集 DVI编码 DVI均衡

中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0009-02

机载视频图像能够直观、准确的显示飞机内部各独立子系统的健康状态，为地面飞行指挥人员和试飞工程师提供及时丰富的信息。当前许多新型飞机中已经开始采用DVI格式的数字视频信号作为飞机显示画面的输出，并且输出的图像分辨率不断攀升，在本文所涉及的某新型飞机上，机载DVI多功能显示器分辨率已达到1600×1200，数据速率达到1.62Gbps。下表1是常見DVI分辨率与数据速率对照关系。这种高清DVI显示器的视觉效果是常规模拟PAL和VGA显示器所无法比拟的，但同时也对飞行试验视频采集技术提出了新的挑战。该型号飞机试飞任务需要对两路1600×1200分辨率DVI视频和一路1280×1024分辨率DVI视频进行采集记录和遥测下传，该文将对任务完成过程中所克服的两个技术难点加以阐述。

1 DVI编码与图形歪斜矫正

机上多功能显示器输出的视频信号为符合VESA1.0标准的1600×1200@60 Hz的DVI数字视频信号，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，转换最小差分信号）进行传输的，单链路TMDS共有4对差分信号，包含3对数据信号和1对时钟信号，最高带宽为165 MHz。TMDS运用8位/10位编码算法，将8bit像素数据（R、G、B基色信号）加入控制信号及纠错等，编码为10bit数据，经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，该文中机上多功能显示器由RXC+与RXC-、RX0+与RX0-、RX1+与RX1-和RX2+与RX2-四对差分引脚输出。

在使用机载MiniR700视频采集器对该DVI信号采集记录时，记录的图像呈现45度歪斜的现象，具体表现为第二行的第一个像素出现在了第一行最后，第三行前两个像素出现在第二行最后，第四行前三个像素出现在第三行最后，依此类推。然而将该DVI信号接入普通电脑显示器时，画面正常，没有出现歪斜。机载MiniR700视频采集器记录标准视频信号源输出的同格式DVI信号也是正常的。由此可见，机上多功能显示器与机载MiniR700视频采集器存在时序上的匹配问题。据了解，机上多功能显示器由TFP410芯片负责TMDS信号的发送，TFP410是TI公司PanelBus平板显示产品系列中的一种TDMS信号发送器，它集成了高速数字接口，TMDS编码器和三个差分信号驱动器。完成了24位像素数据和一些控制信号接收，并通过编码算法把图像信号编码成低压差分数据流。

图像45度歪斜问题的解决如下：首先对FPGA送入TFP410的数据和控制信号进行仿真，确保DE信号与有效像素数据在时序上是匹配的。然后确定在一个行扫描周期里，FPGA是否少发送了一个像素数据到TFP410，仿真结果显示发送了1600个像素数据，故问题也不在这里。在经过对TFP410数据手册的仔细研究后，找到一个可能影响图像歪斜的因素，即数据de-skew功能。数据手册显示通过配置de-skew使能DKEN引脚和DK[3：1]引脚用来补偿IDCK、像素信号、控制信号，可以实现校正图形的歪斜。de-skew功能可以对建立、保持时间进行调整，在DKEN使能时， DK[3：1]可以对输入数据的锁存时刻与时钟的有效沿之间的相对位置进行微调。输入建立和保持时间调整的计算公式如下：

，其中，是调整增量数目；DK[3：1]是3位二进制可以表示0到7八种配置值；为累加的de-skew总数。

de-skew功能默认的为0，即DK[3：1]默认值为4，根据本文图像45度歪斜的现象，是机载MiniR700视频采集器采不到每行的第一个像素数据，故需要将像素数据的锁存时刻提前，调试时利用FPGA通过TFP410的I?C接口将DK[3：1]配置为0后，45度歪斜的现象得到了矫正，同时将DVI视频输出接入普通显示器，图像也是正常的，说明时序的微调没有出现副作用，至此图像的歪斜问题得到了圆满解决。

2 DVI均衡与图像质量改善

机载MiniR700视频采集器属于飞行试验测试设备，安装在飞机设备舱，机上多功能显示器位于座舱，两者之间采用两根四绞屏蔽线传输RXC+与RXC-、RX0+与RX0-、RX1+与RX1-和RX2+与RX2-四对差分信号。此外，从座舱经过密封穿舱插头到设备舱的DVI视频传输电缆长度约为7.4 m，用此电缆在机上实验时机载MiniR700视频采集器记录的图像噪点多，扭曲严重，有时甚至采不到图像。根据以往的经验，对于1024×768@60Hz的DVI视频信号经过相同长度的电缆传输后，使用机载MiniR700视频采集器记录的图像是没有问题的，而1600×1200@60Hz的DVI视频信号数据速率是1024×768@60Hz的两倍还要多，故推测图像质量差可能是高频信号经过长电缆传输后的损耗引起的。

要补偿电缆的高频损耗，一种有效的方法是DVI均衡技术，DVI均衡是指对DVI传输通道的低通滤波特性进行频域补偿的处理过程，DVI信号的均衡处理一般分为发送预加重和后接收均衡两种，采用发送预加重需要更改机上多功能显示器，并且补偿增益有限，故该文采用后均衡技术，在接收端MiniR700视频采集记录器前加入DVI均衡模块。

该文采用TI公司的DS16EV5110A芯片对DVI信号进行均衡处理，DS16EV5110A针对DVI和HDMI接口设计，包含三个TMDS数据通道和一个时钟通道，三个TMDS通道可对电缆传输高频数字信号存在趋肤效应和介电损耗进行补偿；时钟通道通过限幅器对时钟信号进行矫正。该文设计的DS16EV5110A电路原理图如图1所示，该电路具有以下特点。

通过拨码开关控制增益强度，实现8级增益补偿调节，可对不同电缆长度，进行相应补偿。在FEB引脚拉高时通过芯片的3 个外部引脚BST_0、BST_1和BST_2对增益进行控制。对于该文使用的7.4 m的电缆长度，经过对8种增益强度的比对试验，得到最佳的增益配置为3（011）。

具有时钟信号检测指示灯，当时钟信号电平超过预设的门限时，SD引脚输出高电平，点亮LED灯。

在加入该DVI均衡模块后，使用7.4m长的电缆在机上实验时机载MiniR700视频采集器记录的图像清晰稳定，无明显噪点，证明本文设计的DVI均衡器可以解决高分辨率DVI视频长电缆传输后图像质量差的问题。

3 结语

该文详细阐述了在某新型飞机上对机上多功能显示器输出的分辨率为1600×1200@60 Hz的DVI数字视频信号采集传输过程中遇到时序匹配和衰减问题及其解决方法，这两个问题的及时解决对该型号飞机首飞时的视频监控保障至关重要。机载试飞测试对多路像素点频达到162 MHz的1600×1200@60 Hz分辨率的DVI视频进行采集记录和遥测下传在国内还属首次，随着机载DVI视频分辨率的不断提升，该文中采用的方法对后续科研试飞中DVI视频的采集任务具有重要的借鉴意义。

参考文献

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