水下高清视频光端机研制

发布时间：2019-12-05 07:40

【摘要】：海洋蕴藏着巨大的能量和资源,对人类的生存和发展有着极其重要的意义,世界各国加大了对海洋资源的勘探和开发。海洋探测装备是获取海洋信息的重要手段。其中,海底视频监控系统发挥了重要作用。针对我国水下高清视频监控能力不足的情况,本文研制了一种基于HD-SDI的水下高清视频光端机。虽然HD-SDI技术在广电领域和安防监控领域已相当成熟,但是在海底视频监控领域应用不多。该方案具有传输无延时、实时性能好、安全性高等特点,此外,可以从目前大量的模拟视频监控系统平滑升级到高清视频监控系统,前端后端无需重新布线,大大地节省了成本。本文的主要工作为:系统方案的设计、芯片选型以及电路设计、FPGA逻辑设计以及系统调试。首先,介绍了相关技术原理,包括非压缩数字高清技术、光纤通信技术以及GTP收发器技术。其中,GTP收发器的设计是本文的重点与难点之一。在设计GTP收发器时,需要考虑的因素包括:理解收发器的接口和参数、信号完整性、阻抗和功率要求、印刷电路板设计要求等。其次,设计并实现了一种基于HD-SDI的水下高清视频光端机。该系统使用Xilinx FPGA内部的GTP收发器实现了8B/10B编解码和串并转换。与采用分离的串并转换器相比,不仅消除了同步转换输出问题,还极大地缩小了PCB板的尺寸。系统包括水下光纤通信系统和甲板光纤通信系统两部分,水下光纤通信系统主要完成高清视频数据和其它接口数据的复用传输以及光电信号的转换,甲板光纤通信系统执行逆过程,将高清视频数据与其他接口数据解复用。电路设计主要包括FPGA选型及配置电路、HD-SDI视频输入/输出电路、RS232/485/422电路、SFP光模块电路、电源设计和时钟电路。再次,介绍了FPGA逻辑设计工程,包括HD-SDI视频输入模块、时钟和复位模块、异步FIFO、RS232、RS485、RS422通信模块以及Aurora核等。最后,描述了对整个系统进行调试的过程,包括整个系统的硬件调试、通信链路误码率测试、通信链路建立测试以及最终的系统联调。测试结果表明,各项指标参数基本满足了设计预期目标。
【图文】：

框图,发送器,收发器,内部结构

图 2.3 GTP 收发器环回模式2.3.2 发送器每个 GTP 收发器包含一个独立的发送器，发送器由物理编码子层 PCS 和物理媒介适配层 PMA 构成。发送器的内部结构框图如图 2.4 所示。并行数据从 FPGA 流向发送器端口，然后经过 PCS 层和 PMA 层，，最终输出高速串行信号。发送器的重要部件包含 8B/10B 编码器、发送缓冲器、发送模式生成器、极性控制以及带外信令等。

模式图,环回,收发器,发送器

图 2.3 GTP 收发器环回模式2.3.2 发送器每个 GTP 收发器包含一个独立的发送器，发送器由物理编码子层 PCS 和物理媒介适配层 PMA 构成。发送器的内部结构框图如图 2.4 所示。并行数据从 FPGA 流向发送器端口，然后经过 PCS 层和 PMA 层，最终输出高速串行信号。发送器的重要部件包含 8B/10B 编码器、发送缓冲器、发送模式生成器、极性控制以及带外信令等。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P715.5

【二级参考文献】