[发明专利]一种融合红外数字视频图像和通信控制的光纤传输系统

摘要

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种融合红外数字视频图像和通信控制的光纤传输系统。红外成像装置中红外探测器将目标红外热辐射采集并通过电路转换为数字视频信号至FPGA；在FPGA中对数字视频信号进行处理后发送到光纤传输模块，同时FPGA通过光纤传输模块接收并返回通信控制指令。实现了红外数字图像与通信控制通过一根光纤的融合交互传输，满足在强电磁干扰等恶劣条件下的远距离传输要求，传输数据可靠，误码率较低。

主权项

一种融合红外数字视频图像和通信控制的光纤传输系统，其特征在于：红外成像装置中红外探测器将目标红外热辐射采集并通过电路转换为数字视频信号至FPGA；在FPGA中对数字视频信号进行处理后发送到光纤传输模块，同时FPGA通过光纤传输模块接收并返回通信控制指令；FPGA的功能模块包括时分复用模块、数据融合模块、CMI编码模块、CMI解码模块、数据串并转换模块、数据传输协议模块、CRC校验模块和位同步时钟提出模块；光纤传输模块包括光发送模块和光接收模块；(1)通过时分复用模块使数字视频信号与通信控制指令互不干涉地在同一信道上交互传输，信号在时域中互不重叠，实现单光纤有序融合传输；(2)通过数据串并转换模块，将数字视频信号的串行数据转换为并行数据在FPGA内部进行处理，以提高数据处理效率；(3)通过数据传输协议模块使接收端准确判断有效数据的起止位；数据传输协议模块定义的数据传输帧为34位，第一位和最后一位分别为起始位与终止位，起始位与终止位之间依次有4位地址位，4位数据类型位，8位有效数据，16位CRC校验码；起始位为“0”，停止位为“1”，空闲时信道一直处于高电平，当检测到低电平，起始位为“0”时表明有效数据帧开始传输；当发送计数器的值为34而且最后一位为“1”时，表明1帧数据传输完毕；(4)通过CRC编码校验模块，利用除法及余数的原理根据16位CRC校验码作错误侦测；CRC编码校验模块的发送端把计算出的CRC数值连同数据一起发送出去，CRC编码校验模块的接收端对采集数据进行CRC数值计算，与接收到的CRC数值对比，以此来进行误码检测；(5)数字视频信号按照系统设定的帧频实时发送，通信控制指令非实时发送，通过数据融合模块融合通信控制指令与数字视频信号；数据融合模块中的定时器为两组数据信号提供统一的基准时间信号，数据融合模块中的码速调整模块把两组数字信号进行频率、相位调整，形成与基准时间信号完全同步的数字信号，最终在数据融合模块中通过时隙复用形成数据格式一致的数字信号；(6)通过数据串并转换模块，将在数据融合模块中通过时隙复用形成数据格式一致的数字信号的并行数据转换为串行数据；(7)通过CMI编码模块将普通二进制码转换成适合光纤传输的CMI编码方式发送到光发送模块，通过光发送模块发送到信号处理单元；CMI码是一种两电平非零码，其编码规则为：“1”码交替用“00”、“11”两位码表示，“0”码固定用“01”表示；根据编码规则，CMI编码模块包括码识别器、“1”码编码器、“0”码编码器、“1”码输出选择器、时序控制和输出模块；由于“1”码交替用“00”、“11”表示，在“1”码编码器中设置一个输出记忆单元，该单元通过D触发器实现，D触发器每接收到一个“1”码就翻转一次，来实现记忆“1”码的编码状态；(8)在CMI解码模块中，从起始位开始把CMI码流的两个码元分为一组进行判断，若为“00”或“11”，则输出“1”；若为“01”，则输出“0”；根据上述解码规则，CMI解码模块包括起始码元判断模块、码分组器、“1”码解码器、“0”码解码器和时序控制模块；CMI编码时，第一次对“1”编码为“00”，空闲时刻信道一直处于逻辑“1”，空闲时刻接收到“00”与“11”交替的码流；从接收到编码后的“01”时，对接收码流进行分组，相邻2个码元为一组；当收到“01”起始位时，表明开始传输有效数据帧，然后进行解码；(9)数据接收过程中，先通过位同步时钟提出模块控制接收数据的时钟与发送数据的CMI码流位同步，判别有效数据帧的起始位，然依次进行CMI解码、数据串并转换、CRC编码校验，按照信号处理单元的通信协议，融合数字视频信号后发送到红外成像装置。