楊宏偉，韓福財(cái)，艾華龍

(航空工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，沈陽(yáng) 110034)

0 引言

ARINC818基于FC-AV協(xié)議，映射于光纖通道，具有高帶寬、低延遲、非壓縮特點(diǎn)，是面向航電系統(tǒng)圖像傳輸制定的專用協(xié)議，用于解決綜合航電顯示模式發(fā)生變化后的多功能顯示器、平顯等圖像遠(yuǎn)距離傳輸和顯示問題,相比于模擬視頻信號(hào)，在長(zhǎng)距離傳輸、抗噪聲和干擾方面有著先天的劣勢(shì)。ARINC818采用8 B/10 B編碼傳輸，支持多種物理介質(zhì)如多模光纖、單模光纖、銅纜等，其傳輸速率支持各種FC標(biāo)準(zhǔn)速率，也支持如1.5 Gbps、3.187 5 Gbps等非標(biāo)準(zhǔn)速率[1]。ARINC818僅支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，一根光纖實(shí)現(xiàn)發(fā)送端到接收端視頻數(shù)據(jù)單向傳輸。ARINC818發(fā)送與接收基于ICD接口控制文件，進(jìn)行各種通信要素的確定和統(tǒng)一，包括視頻格式、像素信息、輸出掃描方式、鏈路速率、幀速率、同步特性等[1-3]。ARINC818協(xié)議中規(guī)定ADVB容器與視頻幀是一一映射關(guān)系，即一個(gè)ADVB容器封裝一個(gè)視頻幀。單個(gè)ADVB幀包含幀頭、數(shù)據(jù)載荷以及校驗(yàn)CRC，數(shù)據(jù)載荷為單個(gè)FC幀的最大Payload長(zhǎng)度，即2 112字節(jié)。相比于FC-AV,ARINC818是行緩沖按行顯示的傳輸模式，對(duì)于每行超過2 112字節(jié)的圖像數(shù)據(jù)要在發(fā)送端分幀處理進(jìn)行封裝，接收端根據(jù)ADVB幀頭標(biāo)識(shí)再按行重組[4-6]。以1 280×1 024@60 Hz、24 bit的顯示器圖像為例，每行數(shù)據(jù)大小為(1 280×24)/3=3 840字節(jié)，大于2 112字節(jié)，因此需要將一行圖像數(shù)據(jù)分成2個(gè)ADVB幀傳輸，每個(gè)ADVB幀為1 920 Bytes，一幅完整圖像包含2 048個(gè)ADVB數(shù)據(jù)幀[7-8]。ARINC818協(xié)議不執(zhí)行流量控制，發(fā)送端執(zhí)行“實(shí)時(shí)提交”原則，一旦有視頻數(shù)據(jù)就封裝實(shí)時(shí)提交至FC鏈路，不用先確認(rèn)鏈路與接收端狀態(tài)，接收端實(shí)時(shí)接收ADVB數(shù)據(jù)幀依據(jù)ICD文件完成整行圖像數(shù)據(jù)重組[9-10]。

某型飛機(jī)航電系統(tǒng)采用光纖與GJB289A總線混合結(jié)構(gòu)，多幅顯示器畫面通過ARINC818視頻總線傳送給數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，傳輸介質(zhì)為850 nm多模光纖，傳輸速率統(tǒng)一為4.25 Gbps，主顯和平顯的視頻分辨率、幀頻分別為2 560×1 024@30fps、1 280×1 024@60 fps。要求對(duì)航電系統(tǒng)主顯、平顯畫面信號(hào)視頻采集并遙測(cè)，用于飛機(jī)信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，飛機(jī)提供給測(cè)試系統(tǒng)的顯示器畫面測(cè)試點(diǎn)為ARINC818協(xié)議光接口[11-12]。

1 ARINC818視頻采集傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

ARINC818是新型的機(jī)載通信協(xié)議在飛機(jī)上使用。經(jīng)過行業(yè)內(nèi)調(diào)研和技術(shù)分析，整理出實(shí)現(xiàn)ARINC818測(cè)試需解決的幾個(gè)問題：

1)機(jī)載采集器與測(cè)試接口的匹配問題。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)載采集器均不支持ARINC818光信號(hào)直接采集，只支持DVI電信號(hào)采集。ARINC818光信號(hào)和DVI電信號(hào)都是非壓縮的數(shù)字視頻信號(hào)，兩者視頻格式轉(zhuǎn)化可以不降低視頻分辨率、幀率，即無損原樣轉(zhuǎn)化，因此，ARINC818測(cè)試需要格式轉(zhuǎn)換設(shè)備將ARINC818光信號(hào)轉(zhuǎn)換為DVI電信號(hào)，以滿足機(jī)載采集器接口要求。另外，飛機(jī)成品并未提供專用測(cè)試接口，視頻信號(hào)抽取需要由測(cè)試方在飛機(jī)光鏈路上加裝分光器分路給出，分光器的另外一路光信號(hào)輸出要返回原機(jī)[13-15]。

2)遙測(cè)設(shè)備容量對(duì)視頻傳輸帶寬的限制。采集、存儲(chǔ)、傳輸高清視頻信號(hào)對(duì)設(shè)備都有相當(dāng)高的要求，尤其是在遙測(cè)上非壓縮傳輸視頻信號(hào)目前是不實(shí)現(xiàn)的。以單路顯示器信號(hào)為例，分辨率為1 280×1 024@60 fps、RGB分量為8∶8∶8采樣格式，如采用非壓縮方式傳輸，每秒數(shù)據(jù)量為1 280×1 024×24×60 ≈1 887 Mbps，二現(xiàn)有遙測(cè)設(shè)備信道帶寬為20 Mbps，兩者是數(shù)量級(jí)上的差別，因此，高清視頻要通過高效壓縮才可能實(shí)現(xiàn)遙測(cè)傳輸[16]。

3)試飛監(jiān)控對(duì)畫面質(zhì)量、傳輸時(shí)延及遙測(cè)距離的指標(biāo)要求。遙測(cè)傳輸要保證信號(hào)精度，視頻信號(hào)精度主要體現(xiàn)在畫面質(zhì)量、視頻延遲顯示時(shí)間這兩個(gè)指標(biāo)，并且保證技術(shù)指標(biāo)的前提下，遙測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備盡可能遠(yuǎn)的傳輸距離。飛行試驗(yàn)視頻畫面監(jiān)控有具體要求：畫面更新幀率一般應(yīng)不低于10幀/秒，畫面顯示清晰流暢、字符可辨、少抖動(dòng)、畫面無缺失，視頻畫面?zhèn)鬏敃r(shí)延應(yīng)小于800 ms，遙測(cè)監(jiān)控距離應(yīng)能滿足任務(wù)要求。好的畫面質(zhì)量需要在編碼環(huán)節(jié)提供高的顯示分辨率(一般應(yīng)與機(jī)上原分辨率一致)和顯示幀率，并選用可靠信道傳輸出現(xiàn)較少視頻丟幀情況，顯示畫面流暢、少卡頓、少馬賽克。傳輸時(shí)延是指包含視頻采集、編碼、遙測(cè)輸出到接收、解調(diào)、解碼顯示整個(gè)鏈路的時(shí)間差值，是視頻采集遙測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性指標(biāo)。遙測(cè)系統(tǒng)作用距離主要受遙測(cè)設(shè)備能力和射頻信號(hào)通視傳輸兩方面限制，試飛任務(wù)要求監(jiān)控距離不低于300公里[17-18]。

通過技術(shù)分析結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)，構(gòu)建ARINC818視頻采集傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)由視頻轉(zhuǎn)換、視頻采集壓縮和遙測(cè)傳輸三部分組成，其中遙測(cè)發(fā)射組件為固有設(shè)備，視頻轉(zhuǎn)換器和視頻采集器為新研設(shè)備，具體見圖1[19-20]。

圖1 ARINC818視頻采集傳輸系統(tǒng)

視頻轉(zhuǎn)換器主要功能是視頻格式轉(zhuǎn)化，即平顯和主顯的AINC818協(xié)議光信號(hào)轉(zhuǎn)換為到DVI電信號(hào)，可解決視頻信號(hào)與測(cè)試設(shè)備的接口匹配問題，并且視頻抽引所需的分光器也集成轉(zhuǎn)換器內(nèi)。視頻采集器將DVI視頻信號(hào)高效壓縮，碼率從Gbps級(jí)降低至Mbps級(jí)，編碼為PCM輸出至遙測(cè)發(fā)射機(jī)。遙測(cè)傳輸設(shè)備由發(fā)射機(jī)、耦合器、合路器、功率放大器以及遙測(cè)天線組成，完成視頻PCM信號(hào)的調(diào)制、功分、合路、放大及天線發(fā)射。

遙測(cè)傳輸共占用2個(gè)鏈路，1路是單獨(dú)的主顯視頻信號(hào)(主顯拆分為主顯左和主顯右)，另1路是平顯視頻和數(shù)據(jù)混流。每個(gè)遙測(cè)鏈路都通過上下兩個(gè)天線以空間分集、線極化發(fā)送，地面站系統(tǒng)左右圓極化、分集合成接收，經(jīng)PCM解調(diào)，位同步、幀同步逆轉(zhuǎn)換為PCM幀，最終由視頻解碼軟件分別還原出主顯和平顯畫面。

2 視頻轉(zhuǎn)換

視頻轉(zhuǎn)換器具有光電轉(zhuǎn)換、ARINC818協(xié)議解析和DVI生成的功能，并且在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成有源分光器可以實(shí)現(xiàn)光纖信號(hào)無損分配。

2.1 視頻處理

視頻處理模塊是視頻轉(zhuǎn)換器的主處理模塊，以FPGA為核心，通過內(nèi)部邏輯及外圍電路完成光電轉(zhuǎn)換、ARINC818協(xié)議解碼、DVI視頻編碼功能，具體實(shí)現(xiàn)過程：視頻處理模塊上電后，電源電路完成+28VDC到板內(nèi)各器件所需的二次電源轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘復(fù)位電路產(chǎn)生FPGA所需的各種時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器件完成ARINC818光到ARINC818電的轉(zhuǎn)化，并輸出至FPGA進(jìn)行處理，F(xiàn)PGA從配置FLASH中獲取配置文件完成ARINC818視頻信號(hào)的解析處理，并生成RGB信號(hào)交由編碼電路進(jìn)行DVI編碼輸出。視頻轉(zhuǎn)換處理的過程就是ARINC818-ARINC818電-DVI電。由于FPGA處理時(shí)需要緩存2幀的數(shù)據(jù)，故從視頻輸入到視頻輸出大約有50 ms的延遲。

輸入的1 280×1 024@60fp標(biāo)準(zhǔn)視頻平顯信號(hào)，視頻轉(zhuǎn)換器自動(dòng)識(shí)別、視頻處理后直接按原幀率、分辨率DVI輸出。輸入的主顯2 560×1 024@30 fps的非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，轉(zhuǎn)換器將其拆分為主顯左和主顯右兩路DVI輸出，幀率、分辨率均為1 280×1 024@30fps，主顯視頻需要兩路DVI視頻采集卡采集編碼，獨(dú)立占用一路PCM信道遙測(cè)傳輸，最后在視頻監(jiān)控終端主顯左和主顯右合并顯示。

2.2 光纖分路

由于飛機(jī)并未提供專用測(cè)試接口，無法進(jìn)行ARINC818視頻信號(hào)直接抽引。只能在飛機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)墓饫w線路中通過加裝光分路器一分為二，一路給到測(cè)試設(shè)備，另外一路光纖信號(hào)返回原機(jī)，鏈路要求光分路后光功率應(yīng)滿足-5～1 dBm。

在視頻轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成有源分光器，實(shí)現(xiàn)光功率的再生和加強(qiáng)，使輸出光功率和輸入光功率1∶1配比，采用透明傳輸技術(shù)不對(duì)信號(hào)進(jìn)行附加處理，使輸出光信號(hào)與原信號(hào)保持一致。有源分光器將接收的高速光信號(hào)(4.25 bps、多模850 nm)光電轉(zhuǎn)化為高速差分電信號(hào)，然后對(duì)每路高速差分電信號(hào)一進(jìn)二出分路輸出，分路后輸出的電信號(hào)再經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，1路光信號(hào)傳輸給視頻處理模塊，另1路光信號(hào)返回原飛機(jī)鏈路。

視頻轉(zhuǎn)換器配備4路DVI接口輸出，1、2、3、4依次對(duì)應(yīng)飛機(jī)左主顯、右主顯、平顯和參顯，參顯信號(hào)只完成格式轉(zhuǎn)化未進(jìn)行DVI采集。DVI輸出分辨率、幀率與源端保持一致，以TMDS(transition-minimized differential signaling，轉(zhuǎn)換最小差分信號(hào))輸出，每組TMDS有4對(duì)差分信號(hào)，包含3對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)和1對(duì)時(shí)鐘信號(hào)。

3 視頻采集

視頻轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的是ARINC818光到DVI電的無損轉(zhuǎn)化，輸出的DVI視頻信號(hào)是非壓縮的數(shù)據(jù)量十分巨大，利用現(xiàn)有遙測(cè)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，因此，視頻信號(hào)在傳輸前必須進(jìn)行大比率壓縮，將視頻容量從Gbps級(jí)降至Mbps級(jí)輸出給遙測(cè)傳輸設(shè)備。

3.1 視頻壓縮

視頻壓縮采用H264算法完成DVI信號(hào)的采集、壓縮、編碼。H264是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)所定義的編碼格式，近年來在數(shù)字視頻通信、存儲(chǔ)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。H264壓縮是有損失的，但技術(shù)能盡可能降低存儲(chǔ)體積獲得較好的圖像質(zhì)量，同H263或MPEG-4等標(biāo)準(zhǔn)相比，H264具有更高的編碼效率，能夠節(jié)省約百分之五十碼率提供同等質(zhì)量的視頻圖像效果，并能夠提供解決網(wǎng)絡(luò)傳輸包丟失問題的工具，具備更好的信道適應(yīng)性，因而非常適應(yīng)飛行試驗(yàn)PCM遙測(cè)這種信道環(huán)境惡劣、窄帶傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景。

采集設(shè)備先按照預(yù)定碼率如2Mbps對(duì)原始視頻高比率壓縮，壓縮后視頻信息封裝成TS數(shù)據(jù)包，以參數(shù)字形式按順序放置在PCM格柵中。H264編碼分為幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼和幀間預(yù)測(cè)編碼兩種，I幀只關(guān)注一張獨(dú)立的圖的冗余不考慮與前后圖的聯(lián)系，P幀和B幀則只關(guān)注前后圖的冗余，保留差別并依賴與參考幀。圖像序列GOP就是一段內(nèi)容差異不太大的圖像編碼后生成的一串?dāng)?shù)據(jù)流，由I幀、P幀、B幀組成。MPEG2 TS包，將壓縮視頻信息分割成固定的188 bytes長(zhǎng)度，每個(gè)TS 包分為包頭、自適應(yīng)區(qū)和有效載荷3個(gè)部分，0x47為包頭同步字節(jié)[2]，有效載荷就是I幀、P幀、B幀數(shù)據(jù)。在PCM格柵中，TS包的字節(jié)與PCM字相對(duì)應(yīng)，連續(xù)188個(gè)視頻參數(shù)字組成一個(gè)TS包。以256字的PCM子幀為例，TS包與PCM格柵對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 TS包與PCM格柵對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.2 采集器設(shè)置

視頻采集器可通過程控軟件，對(duì)視頻格式、顯示分辨率、顯示幀率、GOP組長(zhǎng)度、視頻壓縮復(fù)雜性等進(jìn)行設(shè)置。依據(jù)現(xiàn)有遙測(cè)系統(tǒng)能力，設(shè)備廠家給出無視頻失真、不降低分辨率，幀率與位速率的匹配值。

從表1可以看到位速率越高，無視頻失真的情況越好，支持的幀率越高，但位速率也不能過高，原因是傳輸位速率要受到采集設(shè)備、傳輸設(shè)備硬件限制，并且位速率與遙測(cè)系統(tǒng)作用距離為反向關(guān)系，位速率高遙測(cè)作用距離近，位速率低遙測(cè)距離遠(yuǎn)。在遙測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)備以及收發(fā)天線布局不更改的情況下，進(jìn)行遙測(cè)系統(tǒng)聯(lián)試，對(duì)采集板卡顯示分辨率、顯示幀率、GOP組長(zhǎng)度等逐項(xiàng)調(diào)節(jié)，結(jié)合微調(diào)格柵位速率，最終試驗(yàn)將平顯畫面位速率鎖定為2.5 Mbps，主顯畫面位速率鎖定為4 Mbps(主顯拆分為主顯左和主顯右兩幅畫面，單幅為2 Mbps)，顯示分辨率統(tǒng)一按原始分辨率輸出，平顯顯示幀率按三分之一20幀/s輸出，主顯顯示幀率按三分之一10幀/s輸出，下面對(duì)調(diào)節(jié)項(xiàng)目具體說明。

表1 位速率與幀率的匹配關(guān)系

1)視頻顯示分辨率統(tǒng)一原始分辨率輸出設(shè)定，即平顯為1 280×1 024、主顯單幅畫面為1 280×1 024。視頻幀率按三分之一等間隔降低輸出次數(shù)，平顯顯示幀率為20幀/s輸出，主顯顯示幀率為10幀/s輸出。對(duì)于視頻采集來說，當(dāng)視頻信號(hào)瞬時(shí)輸入速率較快而預(yù)定壓縮算法不能滿足輸出要求，即所謂“壓不住”情況下，采集設(shè)備只能繼續(xù)降低顯示幀率和顯示分辨率，并且通常按“優(yōu)先分辨率輸出而主動(dòng)降幀率”的策略執(zhí)行。飛行試驗(yàn)視頻更新幀率要求不低于10幀/s，這是符合人類眼睛視覺暫留效應(yīng)，因?yàn)閹矢叩揭欢〝?shù)值后再增長(zhǎng)，眼睛并不易察覺流暢度明顯提升。平顯視頻是座艙外實(shí)景疊加顯示字符，高速飛行時(shí)外景切換較快，輸出幀率設(shè)定的較高按20幀/s顯示，而主顯畫面背景為黑色疊加部分字符，飛行員手動(dòng)調(diào)顯時(shí)才切換速度較慢，故將輸出幀率設(shè)定的較低為10幀/s顯示。

2)GOP序列長(zhǎng)度設(shè)定為15，也就是編碼時(shí)每個(gè)I幀后面跟隨者15個(gè)P幀或B幀。一個(gè)GOP序列中，I幀所占字節(jié)數(shù)大于P幀，一個(gè)P幀所占字節(jié)數(shù)大于一個(gè)B幀，所以碼率不變的情況，GOP值越大，P、B幀數(shù)量越多，畫面細(xì)節(jié)越多，也就容易獲取較好的圖像效果，但是通過提高GOP值來提高圖像質(zhì)量是有限度的，遇到場(chǎng)景切換時(shí)，H264編碼器會(huì)強(qiáng)制插入一個(gè)I幀，此時(shí)實(shí)際的GOP值被縮短，并且當(dāng)遙測(cè)鏈路或網(wǎng)絡(luò)傳輸原因I幀圖像變差，會(huì)影響一個(gè)序列組中所有的P幀、B幀解碼，因?yàn)镻幀或B幀都是I幀預(yù)測(cè)得到的，解碼只能等到下一個(gè)GOP序列到來才可能恢復(fù)，因此GOP長(zhǎng)度也不宜設(shè)置過大。GOP序列選項(xiàng)長(zhǎng)度從1到60分檔調(diào)節(jié)，試飛試驗(yàn)按經(jīng)驗(yàn)值15設(shè)置。

3)編碼預(yù)留帶寬值為15%。視頻流采用恒定碼流壓縮時(shí)由于畫面的復(fù)雜性、運(yùn)動(dòng)性影響其數(shù)據(jù)量在恒定值附近±20%的范圍隨機(jī)波動(dòng)。對(duì)于PCM鏈路來說，設(shè)定時(shí)鐘頻率之后采用的是恒定履帶式傳輸方式，對(duì)數(shù)據(jù)量波動(dòng)的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行二次編碼封裝的時(shí)候需要考慮削峰填谷，使其數(shù)據(jù)穩(wěn)定以適應(yīng)PCM無線傳輸鏈路[3]。編碼預(yù)留帶寬從5%～20%間可調(diào)節(jié)，此部分?jǐn)?shù)據(jù)在TS數(shù)據(jù)包中有體現(xiàn)，當(dāng)視頻場(chǎng)景緩慢變化時(shí)，TS數(shù)據(jù)包中的保留帶寬數(shù)據(jù)的有效載荷部分顯示為零，而視頻場(chǎng)景劇烈變化時(shí)，H264視頻編碼速率急劇增加，保留帶寬啟動(dòng)吸收浪涌，TS數(shù)據(jù)包預(yù)留部分全部填充視頻數(shù)據(jù)，輸出視頻峰值，如果仍不夠則將數(shù)據(jù)緩存后延遲輸出。

4)視頻壓縮復(fù)雜性設(shè)置為低。壓縮復(fù)雜性分為高復(fù)雜性、中復(fù)雜性、低復(fù)雜性和更低復(fù)雜性四檔，默認(rèn)設(shè)置為中值。高復(fù)雜性可以有更多的圖片細(xì)節(jié)，但需要更多時(shí)間的占用CPU，更多的編解碼時(shí)間。CPU時(shí)間是一種資源，在壓縮高分辨率視頻時(shí)可能不夠用，當(dāng)視頻壓縮分辨率大于1 280×720時(shí)，應(yīng)設(shè)置為低或者更低以減少編解碼的運(yùn)算量，提高圖像壓縮的實(shí)時(shí)性，減小視頻延遲時(shí)間。平顯、左右主顯分辨率為1 280×1 024，均高于1 280×720視頻壓縮復(fù)雜性設(shè)置為低。

4 遙測(cè)傳輸

平顯和主顯畫面信號(hào)用2個(gè)遙測(cè)鏈路傳輸，1路單獨(dú)主顯視頻信號(hào)(為拆分的主顯左和主顯右)下傳速率為2 Mbps+2 Mbps=4 Mbps,單幅畫面分辨率1 280×1 024、幀率10幀/s，另1路以平顯視頻和數(shù)據(jù)混合遙測(cè)輸出速率為3 Mbps，其中平顯視頻占用2.5 Mbps，分辨率為1 280×1 024、幀率為20幀/s。

遙測(cè)傳輸系統(tǒng)要在保證技術(shù)指標(biāo)不降低的前提下，保證遙測(cè)傳輸距離，即遙測(cè)系統(tǒng)最大作用距離。遙測(cè)作用距離主要受飛機(jī)飛行高度與地球曲率關(guān)系和遙測(cè)系統(tǒng)性能兩方面制約，取兩者較小者即為最大遙測(cè)距離。

4.1 飛行高度和地球曲率限制

當(dāng)飛機(jī)飛行高度(機(jī)載發(fā)射天線高度)較低，由于S波段電波傳輸屬直線波，地球曲率將限制遙測(cè)的作用距離，因此遙測(cè)信號(hào)要求通視條件下傳輸。

4.2 遙測(cè)作用距離

遙測(cè)信號(hào)自由空間傳播條件下的作用距離公式為：

式中，R為收發(fā)間的距離，Pt為機(jī)載發(fā)射功率，Gt為發(fā)射天線增益，Gr為接收天線增益，f為工作頻率，Pr為接收機(jī)靈敏度，L∑為系統(tǒng)總損耗包括機(jī)載饋線、接收饋線、極化損耗、大氣損耗、波束指向損耗等，M為安全余量一般取3～6 dB。以接收機(jī)輸入為計(jì)算原點(diǎn)[4]，遙測(cè)信號(hào)接收天線為1.8 m拋物面天線、增益為29 dB，接收機(jī)靈敏度閾值為-90 dBm, 主顯PCM位速率4 Mbps，遙測(cè)發(fā)射頻率2 260 MHz，發(fā)射機(jī)功率37 dBm，功放輸出43 dBm，發(fā)射天線增益-3 dB，傳輸總損耗約L∑為3.5 dB，信道余量取6 dB。

將上面各值代入作用距離公式，經(jīng)計(jì)算R等于385 km，理論上可滿足遙測(cè)作用距離300 km的試飛監(jiān)控要求。

5 系統(tǒng)驗(yàn)證

遙測(cè)系統(tǒng)，無論傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)還是視頻，都有兩項(xiàng)主要功能:一要保證傳輸精度要求，二是保證遙測(cè)傳輸距離。對(duì)應(yīng)視頻畫面?zhèn)鬏敚紤]畫面質(zhì)量、視頻傳輸延遲時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)，并且在保證技術(shù)指標(biāo)不降低的前提下，要保證遙測(cè)傳輸距離，即遙測(cè)的最大作用距離。

ARINC818視頻采集傳輸系統(tǒng)建立后，要通過大量試驗(yàn)進(jìn)行功能驗(yàn)證，驗(yàn)證過程分地面航電環(huán)境交聯(lián)試驗(yàn)和機(jī)上驗(yàn)證兩部分。

5.1 航電環(huán)境交聯(lián)試驗(yàn)

在主機(jī)所航電試驗(yàn)室，進(jìn)行視頻采集設(shè)備與航電系統(tǒng)環(huán)境測(cè)試接口交聯(lián)試驗(yàn)，主要驗(yàn)證接口匹配關(guān)系，視頻轉(zhuǎn)換功能、編解碼功能的正確性，及視頻顯示質(zhì)量、解碼延遲時(shí)間性能指標(biāo)，涉及硬件設(shè)備主要是視頻轉(zhuǎn)換器、視頻采集器兩件新研設(shè)備，結(jié)果如下：

1)接口匹配關(guān)系正確，測(cè)試設(shè)備可以接收到主顯、平顯視頻信號(hào)，飛機(jī)視頻記錄正常，分光功能正常；

2)ARINC818到DVI的轉(zhuǎn)換功能正常，轉(zhuǎn)換后的DVI信號(hào)接上監(jiān)視器可以顯示主顯、平顯畫面；

3)編解碼功能正常，GSS數(shù)據(jù)軟件可以在線解碼出平顯、主顯視頻信號(hào)終端顯示；

4)解析終端畫面的幀率、分辨率與主顯、平顯源端一致，外景顯示清晰、字符可辨、少抖動(dòng)、畫面無缺失；

5)在線測(cè)量視頻轉(zhuǎn)換、編解碼延遲時(shí)間在750 ms左右。

5.2 機(jī)上驗(yàn)證

采集傳輸設(shè)備裝機(jī)，在試飛過程中驗(yàn)證真實(shí)飛行條件下視頻信號(hào)無線鏈路傳輸?shù)娘@示效果、計(jì)算系統(tǒng)延遲時(shí)間，并考核遙測(cè)系統(tǒng)的最大作用距離，結(jié)果如下：

1)飛機(jī)開車，測(cè)量整個(gè)遙測(cè)鏈路的視頻延遲時(shí)間為760 ms；

2)檢查試飛，監(jiān)控終端的分辨率與主顯、平顯源端一致，平顯顯示幀率為20幀/s，主顯顯示幀率為10幀/s，平顯外景顯示流暢、少卡頓，字符顯示清晰可辨；

3)大航程飛行，遙測(cè)系統(tǒng)有效作用距離最大為350 km。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

參照飛行試驗(yàn)關(guān)于視頻監(jiān)控的指標(biāo)要求，對(duì)多架次試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：

1)遙測(cè)監(jiān)控畫面清晰、無串?dāng)_缺失、字符可辨，解碼器顯示主顯和平顯的分辨率分別為2 560×1 024、1 280×1 024，與信號(hào)源端完全一致；

2)監(jiān)控終端解碼器顯示主顯幀率為10幀/s，平顯幀率為20幀/s，畫面流暢，滿足視頻幀率不低于10幀/秒的要求；

3)視頻編解碼、遙測(cè)傳輸?shù)恼麄€(gè)鏈路延遲測(cè)算結(jié)果為760 ms，地面監(jiān)控實(shí)時(shí)性較好；

4)遙測(cè)系統(tǒng)有效作用距離最大為350 km，可以全覆蓋本場(chǎng)試飛空域，滿足試飛任務(wù)需求；

5)測(cè)試系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠性高，首次飛行到轉(zhuǎn)場(chǎng)能夠持續(xù)提供有效的畫面信息。

試飛驗(yàn)證表明，測(cè)試方法正確，測(cè)試系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，傳輸畫面質(zhì)量、鏈路時(shí)延和遙測(cè)系統(tǒng)作用距離均能滿足試飛監(jiān)控要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某型飛機(jī)多通道、高分辨率、多視頻格式畫面的測(cè)試需求，通過光電轉(zhuǎn)化、協(xié)議解析、視頻壓縮、PCM編碼及信道傳輸?shù)燃夹g(shù)研究，提出視頻格式轉(zhuǎn)換、壓縮編碼及遙測(cè)傳輸?shù)恼诇y(cè)試方案并在型號(hào)試飛中得以首次應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多幅ARINC818高清視頻畫面的采集、傳輸和實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)非標(biāo)2 560×1 024@30 fps視頻畫面分屏輸出及合并顯示。一幅1 280×1 024@60 fps的顯示器畫面經(jīng)過高效壓縮碼率輸出2 Mbps，在試飛空域內(nèi)(不低于300 km)傳輸可提供不低于原始畫面質(zhì)量的顯示效果，圖像顯示流暢、字符清晰，遙測(cè)鏈路延遲時(shí)間小于800 ms。

視頻信號(hào)采集傳輸技術(shù)是軍機(jī)試飛測(cè)試的重要內(nèi)容，應(yīng)用較為廣泛，需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)為飛行試驗(yàn)提供更好的技術(shù)支持。提出的ARINC818視頻總線信號(hào)測(cè)試方法對(duì)視頻采集、遙測(cè)監(jiān)控相關(guān)測(cè)試任務(wù)具有借鑒作用，特別是能為ARINC818視頻轉(zhuǎn)換、采集提供新的思路和解決途徑。