具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空立體測繪相機(jī)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾能力的多通道航空立體測繪相機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在立體測繪領(lǐng)域，航空立體測繪相機(jī)裝載多個(gè)探測器，通過同時(shí)從不同角度對目標(biāo)進(jìn)行成像，進(jìn)行立體測繪。航空立體測繪相機(jī)輸出多路圖像數(shù)據(jù)(如前視數(shù)據(jù)、后視數(shù)據(jù)、下視數(shù)據(jù)、全景數(shù)據(jù)等)，同時(shí)與圖像相關(guān)的注釋信息也需要和多路圖像一起輸出，以用于后期測量計(jì)算。因?yàn)槎嗦穫鬏斕綔y器同時(shí)輸出，此類相機(jī)有較大的輸出的數(shù)據(jù)量，對傳輸通道有高帶寬和高可靠性的要求；同時(shí)因?yàn)闄C(jī)載環(huán)境下存在電磁干擾影響、布線數(shù)量、傳輸距離等限制，如果采用傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸接口(如Camera Link)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸，其勢必導(dǎo)致布線數(shù)量過多，傳輸距離短，可靠性差的等問題。因此，非常有必要開發(fā)出一種能夠?qū)τ诖祟愊鄼C(jī)輸出的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠傳輸?shù)南到y(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸接口進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致布線數(shù)量過多，傳輸距離短，可靠性差的等問題，提供一種具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
[0004]具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)以FPGA為核心，具體包括主控模塊、注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊、注釋信息采集模塊、注釋信息緩存模塊、數(shù)據(jù)輪詢模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、QSFP光模塊、片外高精度時(shí)鐘源、鎖相環(huán)以及每個(gè)通道的Cameralink圖像解串模塊、圖像采集模塊以及圖像緩存模塊；Cameralink圖像解串模塊，用于將接收的前端的圖像探測器輸出的Cameralink串行LVDS信號解串為并行的圖像信號；并將并行的圖像信號輸入至圖像采集模塊；注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊，用于將傳輸注釋信息的RS422信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號，并將TTL電平信號輸入至注釋信息采集模塊；圖像采集模塊，用于對接收的并行圖像信號進(jìn)行采集，對并行的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取出有效的圖像數(shù)據(jù)；并將有效的圖像數(shù)據(jù)輸入至圖像緩存模塊；注釋信息采集模塊，用于根據(jù)注釋信息的傳輸協(xié)議，接收注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送的注釋信息，并將有效的注釋信息進(jìn)行解析后輸入至注釋信息緩存模塊；所述圖像緩存模塊和注釋信息緩存模塊用于對解析的有效圖像數(shù)據(jù)和注釋信息數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；數(shù)據(jù)輪詢模塊，用于對圖像緩存模塊和注釋信息緩存模塊進(jìn)行輪詢，用于確定是否有數(shù)據(jù)傳輸，并將對應(yīng)通道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)緩存模塊；數(shù)據(jù)緩存模塊，用于對數(shù)據(jù)輪詢模塊確定發(fā)送的對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；并通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊輸出至QSFP光模塊；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩存模塊中讀出，將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送至QSFP光模塊；QSFP光模塊，用于將數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送的串行電信號轉(zhuǎn)換為光信號，在光纖上進(jìn)行傳輸；所述片外高精度時(shí)鐘源與鎖相環(huán)配合，為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊提供串行時(shí)鐘信號；主控模塊，用于處理外部的控制指令，根據(jù)不同的指令對系統(tǒng)中各個(gè)模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。
[0005]具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾的多通道數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]步驟一、對系統(tǒng)上電，主控模塊通過片外存儲模塊加載程序；
[0007]步驟二、系統(tǒng)進(jìn)入空閑等待狀態(tài)，判斷主控模塊是否接收到外部開始指令，如果是，執(zhí)行步驟三；如果否，繼續(xù)等待；
[0008]步驟三、數(shù)據(jù)輪詢模塊對注釋信息緩存模塊及各通道的數(shù)據(jù)緩存模塊輪詢；如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則數(shù)據(jù)輪詢模塊將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存模塊傳送至數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；
[0009]步驟四、所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊讀取數(shù)據(jù)緩存模塊的數(shù)據(jù)，將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)并進(jìn)行打包發(fā)送至QSFP光模塊；所述QSFP光模塊將接收的串行數(shù)據(jù)的電信號轉(zhuǎn)換為光信號輸出；
[0010]步驟五、如果主控模塊接收到外部結(jié)束指令，則執(zhí)行步驟二。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及方法。將航空立體測繪相機(jī)裝載的多個(gè)探測器輸出的圖像數(shù)據(jù)(四個(gè)通道的線陣相機(jī)數(shù)據(jù)、前視通道、后視通道、下視通道、全景通道)，以及和圖像相關(guān)的注釋信息進(jìn)行統(tǒng)一打包，然后通過光纖將各通道數(shù)據(jù)可靠的發(fā)送到后級處理系統(tǒng)(如存儲系統(tǒng)等)。
[0012]本發(fā)明所述的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，具有多通道數(shù)據(jù)采集能力，能夠?qū)Χ嗦穲D像探測器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且能對圖像相對應(yīng)的注釋信息進(jìn)行采集；具有注釋信息采集模塊，能夠采集和圖像相關(guān)的注釋信息；具有外部控制接口，能夠?qū)ν獠靠刂频拈_始、停止等指令進(jìn)行響應(yīng)，完成相應(yīng)的操作；具有串并轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)⒍嗤ǖ赖牟⑿袛?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；具有光電轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為光信號，從而在光纖上進(jìn)行傳輸。
[0013]本發(fā)明其充分發(fā)揮了 FPGA數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，光纖通道抗干擾能力強(qiáng)，傳輸帶寬大的特點(diǎn)，從而完美解決了立體航測相機(jī)大數(shù)據(jù)量可靠傳輸?shù)膯栴}。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能模塊框圖；
[0015]圖2為一種具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾能力的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的操作方法。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，具有高帶寬、強(qiáng)抗干擾的多通道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；以FPGA為數(shù)據(jù)處理核心，主要包含以下模塊:該傳輸系統(tǒng)包括:圖像解串模塊201-204、注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊205、圖像采集模塊206-209、注釋信息采集模塊210、圖像緩存模塊211-214、注釋信息緩存模塊215、數(shù)據(jù)輪詢模塊216、高精度時(shí)鐘源217、鎖相環(huán)218、數(shù)據(jù)緩存模塊219、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊220、QSFP光模塊221、主控模塊222、片外存儲模塊223。
[0017]Cameral ink圖像解串模塊的功能是將Cameral ink規(guī)范中定義的串行LVDS信號解串為并行的圖像信號。
[0018]所述注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊205，具有將RS422電平轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS電平的能力，轉(zhuǎn)換后得到的TTL/CMOS電平信號輸入到FPGA中的注釋信息采集模塊210。
[0019]所述圖像采集模塊206-209，用于分別采集前端的圖像解串模塊201-204輸出的并行圖像數(shù)據(jù)，這四個(gè)模塊將有效的圖像數(shù)據(jù)提取出來，分別寫入到后級的圖像緩存模塊211-214。
[0020]所述注釋信息采集模塊210，用于處理注釋信息電平轉(zhuǎn)換模塊205輸出的TTL/CMOS信號，根據(jù)串行通信協(xié)議，將注釋信息的內(nèi)容提取出來，寫入到后級的注釋信息緩存模塊 215。
[0021]所述圖像緩存模塊211-214，采用FPGA內(nèi)部的RAM資源，用于緩存各個(gè)通道的圖像數(shù)據(jù)。
[0022]所述注釋信息緩存模塊215，采用FPGA內(nèi)部的RAM資源，用于緩存注釋信息。
[0023]所述數(shù)據(jù)輪詢模塊216的主要作用是對圖像緩存和注釋信息緩存進(jìn)行輪詢，以確定各個(gè)通道是否有數(shù)據(jù)可以傳輸。當(dāng)此模塊開始工作后，會在每個(gè)時(shí)鐘周期對圖像緩存模塊211-214、注釋信息緩存模塊215中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，當(dāng)檢測到某個(gè)緩存中有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的時(shí)候，將該緩存中的數(shù)據(jù)讀出寫入到數(shù)據(jù)緩存模塊219中，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊220進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)數(shù)據(jù)輪詢模塊216在某一個(gè)時(shí)鐘周期檢測到有多個(gè)緩存中的數(shù)據(jù)都需要發(fā)送時(shí)，根據(jù)事先設(shè)置好的優(yōu)先級進(jìn)行發(fā)送。
[0024]所述數(shù)據(jù)緩存模塊219，用于緩存數(shù)據(jù)輪詢模塊216寫入的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊220則從數(shù)據(jù)緩存模塊219中將數(shù)據(jù)讀出。并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送，打包的時(shí)候，會將該通道的一些信息放入到包頭中，后級系統(tǒng)可以根據(jù)這些包頭信息，恢復(fù)出各個(gè)通道的數(shù)據(jù)。
[0025]所述QSFP光模塊221，該模塊的作用是將數(shù)據(jù)發(fā)送模塊220輸出的高速串行電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以在光纖通道上進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到增加抗干擾能力，加大傳輸距離的目的。
[0026]所述鎖相環(huán)218與片外高精度時(shí)鐘源217配合，所述鎖相環(huán)218采用FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)，所述高精度時(shí)鐘源217，采用高精度差分時(shí)鐘，作為FPGA內(nèi)部高速收發(fā)器的參考時(shí)鐘。將片外高精度時(shí)鐘源217輸出的參考時(shí)鐘進(jìn)行倍頻、分頻操作，以得到數(shù)據(jù)發(fā)送模塊220工作所需要的時(shí)鐘。在本實(shí)