邢永昌，朱向云，薛宜童

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京211153)

基于滾動輸出模式的高速雷達視頻顯示處理方法

邢永昌，朱向云，薛宜童

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京211153)

隨著雷達重頻和顯示器顯示分辨率的提高，當(dāng)前VRAM的速度已經(jīng)不能滿足雷達視頻的實時刷新要求。針對該問題，本文提出一種采用滾動輸出模式的視頻輸出處理方法。通過實驗驗證，該方法在保證高數(shù)據(jù)率和高分辨率的前提下實現(xiàn)了雷達視頻畫面流暢刷新。

雷達重頻；VRAM；FIFO存儲器；SRAM

0 引 言

隨著雷達重頻的提高和高分辨率顯示器普及應(yīng)用，對雷達視頻顯示處理速度提出了更高的要求，尤其是高速雷達視頻的存取方面。在雷達重頻小于2 kHz、顯示分辨率小于1000×1000時可以采用VRAM(視頻處理RAM)完成雷達視頻的處理[1]，但當(dāng)雷達重頻超過2 kHz甚至達到10 kHz以上時VRAM的存取速度就無法滿足需求。

最新的一篇相關(guān)論文[2]中提出采用視頻分割及寫FIFO緩存控制模塊實現(xiàn)降低輸出頻率的方法。該方法是通過分割視頻方式和雙FIFO方法降低電視視頻數(shù)據(jù)輸出的頻率，分割后每個顯示區(qū)域均需要一個顯示器顯示。如果雷達重頻提高或單個顯示器顯示分辨率提高，則雷達視頻畫面會出現(xiàn)斷行現(xiàn)象。本文通過每個視口采用兩個FIFO，針對不同顯示的需要在顯示區(qū)域內(nèi)任意位置開辟任意大小(不大于1200×1200)的多個視口，最終把多個視口的雷達視頻對接融合并與二次視頻疊加，通過一個顯示器或兩個顯示器輸出。

本文提出以SRAM和FIFO存儲器為硬件平臺，采用滾動輸出模式的高速雷達視頻顯示處理方法，實現(xiàn)高數(shù)據(jù)率、大分辨率雷達視頻穩(wěn)定顯示效果。該技術(shù)使高重頻率雷達的大分辨率流暢顯示成為現(xiàn)實。

1 基本原理

由于SRAM與視頻輸出流的FIFO處于不同的時序，且顯示器需要以行為單位定時輸入視頻數(shù)據(jù)[2]，而SRAM中的視頻數(shù)據(jù)是由FPGA實時處理的結(jié)果，需要按照本模塊的處理時鐘確定讀取時間片[3]。高重頻雷達高分辨率顯示雷達視頻時，在SRAM中可用于數(shù)據(jù)輸出的時間片很少，且數(shù)據(jù)率高，無法與顯示器的行輸出速率同步。如果采用現(xiàn)有的技術(shù)，會出現(xiàn)雷達視頻斷行顯示，不能實現(xiàn)視頻畫面流暢顯示。為了保證既能滿足以根據(jù)FPGA處理周期控制SRAM的讀寫周期，又能滿足顯示器以行掃描頻率為節(jié)奏的串行數(shù)據(jù)輸入的要求，本文采用滾動輸出法處理雷達視頻。該方法不僅能滿足雷達視頻畫面的流暢、清晰，而且可以保證畫面變化的實時顯示。

實現(xiàn)本技術(shù)的原理為：針對每個雷達視頻顯示窗口設(shè)計兩個FIFO存儲器，每個存儲器容量至少可以存儲1行視頻數(shù)據(jù)的容量；輸入時按照重頻脈沖和掃描轉(zhuǎn)換處理的時序選擇空閑時間片，把雷達視頻以字段為單位從SRAM中讀出，滾動輸入到兩個FIFO存儲器中；輸出時按照行掃速率從兩個FIFO存儲器中讀出(如果同一行視頻與多個雷達視頻顯示窗口相關(guān)，需要讀取多對FIFO存儲器并按行對接)，然后與二次視頻疊加，最后以行為單位串行輸出到顯示器。

2 實現(xiàn)方法

下面通過VRAM直接輸出法和滾動輸出法比較解釋本文算法。

2.1 VRAM直接輸出法

當(dāng)前的雷達視頻輸出方法是采用VRAM而不是SRAM作為雷達視頻處理存儲器。雷達視頻處理完成后由VRAM自帶的雷達輸出功能按照行掃描速率輸出雷達視頻。采用VRAM的雷達視頻顯示區(qū)刷新工作原理圖如圖1所示。

圖1 基于VRAM的雷達視頻顯示區(qū)刷新工作原理圖

由于該方法是通過雷達視頻處理與行視頻輸出同步的方法直接輸出，所以采用這種方法雷達視頻處理的速度受顯示器數(shù)據(jù)輸入率的限制，當(dāng)雷達重頻大于2 kHz時雷達視頻的輸入與輸出就無法同步，會出現(xiàn)斷行顯示現(xiàn)象。

2.2 滾動輸出算法的實現(xiàn)

本文通過采用滾動輸出的方法實現(xiàn)雷達視頻的輸出。在雷達視頻讀取頻率和時刻與向顯示器輸入視頻數(shù)據(jù)頻率不一致的情況下，該方法可以保證雷達視頻的流暢實時顯示。在其實現(xiàn)步驟中，寫入FIFO存儲器是根據(jù)雷達的重頻脈沖、掃描轉(zhuǎn)換和多通道雷達視頻疊加處理的時序，選擇空余時間片從SRAM中讀取雷達視頻數(shù)據(jù)并滾動輸出到對應(yīng)的FIFO存儲器中。SRAM中處理后的雷達視頻數(shù)據(jù)是針對不同的雷達視頻顯示窗口(PPI顯示、AR顯示和B顯且，每種顯示都可以有多個窗口)分別存儲于不同的存儲空間，通過每個雷達視頻窗口設(shè)計一對FIFO存儲器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的流暢輸出[4]。

從FIFO存儲器串行輸出視頻數(shù)據(jù)是按照行掃描速率輸出。根據(jù)每個雷達視頻窗口的屏幕坐標，從相關(guān)雷達視頻窗口的FIFO存儲器中讀取雷達視頻數(shù)據(jù)組合成一個雷達視頻行，然后把該行視頻數(shù)據(jù)與二次視頻對應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)疊加后輸出到顯示器。由于根據(jù)雷達視頻窗口坐標尋找FIFO存儲器任務(wù)和一次視頻與二次視頻疊加處理任務(wù)占用的時間資源少且穩(wěn)定，故按照行掃描速率讀取FIFO存儲器后與二次視頻疊加輸出可以保證雷達視頻的流暢顯示。

FIFO存儲器輸入輸出時序示意圖如圖2所示。滾動輸出法工作原理圖如圖3所示，圖中“滾動輸入”是以重頻和視頻處理時序滾動寫入對應(yīng)的FIFO，“滾動輸出”是以顯示器行掃描速率滾動讀出雷達視頻數(shù)據(jù)，組成以顯示器掃描行為單位的雷達視頻行。雷達視口視頻行在顯示器中顯示位置示意圖如圖4所示。

圖2 FIFO存儲器輸入輸出時序示意圖

圖3 滾動輸出法工作原理圖

圖4 雷達視口視頻行在顯示器中顯示位置示意圖(一個顯示器)

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 試驗環(huán)境與結(jié)果

該技術(shù)已經(jīng)在某型裝備的顯控分機中實現(xiàn)。試驗環(huán)境為：雷達重頻為15 kHz；2個PPI顯示區(qū)，分辨率均為1200×1200；2個A顯顯示區(qū)，分辨率均為390×380；4個B顯顯示區(qū)，分辨率均為390×380。由4個通道的雷達視頻組成原始的雷達視頻數(shù)據(jù)；疊加方式分別采用1個通道、2個通道、3個通道和4個通道疊加顯示。

通過試驗驗證，該方法可以實現(xiàn)高重頻、多通道、雙屏和高分辨率雷達視頻與二次視頻穩(wěn)定疊加顯示，顯示畫面清晰流暢。經(jīng)過長時間拷機驗證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

3.2 試驗分析

從現(xiàn)象上看，采用VRAM直接輸出法時，雷達重頻提高或雷達顯示分辨率提高均會引起雷達視頻斷行，且不能實時更新畫面。其原因是雷達視頻需要處理的任務(wù)增加，引起VRAM沒有足夠的時間實現(xiàn)雷達視頻的輸出。

采用滾動輸出法后，針對每個雷達視頻顯示窗口設(shè)計兩個FIFO存儲器；按照重頻脈沖和掃描轉(zhuǎn)換處理的時序選擇空閑時間片，把雷達視頻以字段為單位從SRAM中讀出，滾動輸出到兩個FIFO存儲器；然后按照行掃速率從兩個FIFO存儲器中讀出(如果同一行視頻與多個雷達視頻顯示窗口相關(guān)需要讀取多對FIFO存儲器，并按行對接)，然后與二次視頻疊加，最后以行為單位串行輸出到顯示器顯示。這樣不僅能保證FPGA處理芯片根據(jù)雷達重頻等特征的實時處理視頻和輸出視頻，而且可以保證顯示器以行掃描頻率為節(jié)奏的串行數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的要求,從而實現(xiàn)了雷達視頻與二次視頻疊加后流暢清晰顯示的效果。

4 結(jié)束語

采用滾動輸出模式的高速雷達視頻顯示處理方法可以實現(xiàn)高重頻雷達視頻的流暢顯示與實時刷新。它不僅可以按照FPGA處理周期控制SRAM的讀寫周期流暢讀出處理后的雷達視頻數(shù)據(jù)，而且可以滿足以行為單位、以行掃描頻率為節(jié)奏的顯示器串行輸入數(shù)據(jù)的要求。該方法具有實時性好、成本低廉、效果明顯的特點，它的提出及其工程實現(xiàn)在雷達、聲納視頻顯示技術(shù)方面具有很高的推廣應(yīng)用價值。

[1] Merrill I.Skolnik Levoy.雷達手冊[M].3版.南京電子技術(shù)研究所譯,2010.7：192-202.

[2] 霍偉.基于FPGA的高清視頻分割技術(shù)的研究[D].南京大學(xué),2012.5：32-33.

[3] 李秩博.基于FPGA視頻圖像處理的研究[D].電子科技大學(xué),2010.4.

[4] 丁璐飛,耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.6.

A high-speed radar video display and processing method based on rolling output mode

XING Yong-chang, ZHU Xiang-yun，XUE Yi-tong

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

With the improvement of radar repetition frequency and the display resolution, the speed of the current VRAM cannot satisfy the requirements of the real-time refresh of radar videos. A video output processing method based on the rolling output mode is proposed to solve such problem. It is verified through the test that under the premise of high data rate and high resolution, radar video images can be refreshed smoothly via this method.

radar repetition frequency; VRAM. FIFO memory; SRAM

2014-0609；

2014-07-03

邢永昌(1977-),男，高級工程師，碩士，研究方向：顯控與數(shù)據(jù)融合；朱向云(1980-)，女，工程師，研究方向：雷達顯控；薛宜童(1979-)，男，工程師，研究方向：大氣與海洋類雷達系統(tǒng)。。

TN957.52

A

1009-0401(2014)04-0066-03