基于ARINC818机载音视频的测试方案设计

李宁宁，何 宇，魏 珊

(中国飞行试验研究院, 西安 710089)

基于ARINC818机载音视频的测试方案设计

李宁宁，何 宇，魏 珊

(中国飞行试验研究院, 西安 710089)

某型飞机在试飞测试任务过程中，需要对多路机载音视频进行抽引、采集、记录与遥测，用于飞机实时动态监控与事后回放分析;该型飞机的显控数据采用ARINC818(又名航空电子视频总线Avionics Digital Video Bus)专用图像传输协议进行光纤视频传输，对ARINC818总线视频的抽引采集在试飞任务中为首次;由于目前机载采集系统的限制，文章设计了一种基于ARINC818的机载测试系统，满足了该型飞机多通道、高分辨率、多视频格式的信号采集记录。

ARINC818视频总线；音视频抽引；非标准分辨率；测试系统

0 引言

ARINC818视频总线以其高带宽、高可靠性、低延迟、非压缩视频传输、抵抗电磁干扰、减轻线缆重量、灵活性高，兼容扩展性强等优势，已经逐渐成为机载视频传输系统的主流。在波音787，空客A400M和A350XWB等商业机型的视频系统中已有应用，一些军用机型上也有涉及。

但是目前的机载采集系统只支持1600*1200@60fps，1280*1024@60fps，1024*768@30fps等标准格式的DVI数字电信号的采集,还无法直接对ARINC818总线视频进行采集。另外，差动模拟量也不能直接输入至采集器，因此有必要将待采集的音视频信息进行相应的转换，以满足机载测试系统的要求。

1 ARINC818协议

ARINC818采用单向点对点传输方式，不需要实现链路的初始化、流量控制以及交换注册等，最大限度地保证FC的速度、高可靠性、低延迟性。ARINC818标准采用ADVB容器、按行组帧传输的模式。一个ADVB容器装载一幅完整的图像。每个ADVB容器包含若干个ADVB帧，帧序列大小由视频属性决定。如图1所示，每个ADVB帧包含开始指令SOFx、结束指令EOFx、帧头，数据载荷以及校验CRC。其中帧头含6个字，指示源地址、目的地址以及该帧在容器队列中的具体位置SEQ_CNT等。数据载荷大小4～2112 Bytes可变。ADVB包含4种对象。对象0装载与容器相关的辅助信息，对象1装载音频数据，对象2和对象3装载视频数据。ADVB容器的第一个ADVB数据帧包含容器头和对象0，用于描述容器的基本信息。容器中不使用某个对象时，在容器头中将对象大小设置为0。

图1 ADVB容器结构组成示意图

2 关键功能模块

2.1 差分转单端

差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号振幅相等，符号相反。在这两根线上的传输信号就是差分信号。其抗干扰能力强，能够有效抑制EMI，时序定位准确。单端信号是相对于差分信号而言的。单端输入指信号由一个参考端和一个信号端构成，参考端一般为地端。

图2 差分放大器示意图

为了满足测试采集设备的要求，需将语音差分信号转换为单端信号。实现差分转单端最典型的就是差分放大器。VT1和VT2是两个差分放大管，它们的基极上分别加有大小相等、相位相反的信号。输出信号Vo取自VT1集电极与地端之间，为单端输出。

2.2 ARINC818转换

ARINC818针对图像数据的传输模式比较特殊，它是“按行缓冲按行显示”。一个ADVB链路中可以同时传输不同的视频图像，在接收端只需要根据ADVB帧头中的S_ID字段进行重组。对于该型飞机的某视频通道，传输的视频分辨率为2560*1024，像素数据为24 bit的RGB格式视频，即每一行像素数据的数据量是20480 Bytes。一个ADVB帧的最大负载是2112 Bytes，因此一行像素需要10个ADVB帧，一个容器，即一帧图像包含10240个ADVB帧。因此每个ADVB帧装载2048 Bytes数据。拆分后的分辨率为1280*1024，每一行的数据量为10240 Bytes，需要5个ADVB帧。因此将原始的ADVB容器(除了容器头)每隔5个ADVB帧进行读取重组，转换成两个ADVB容器，其承载的数据分辨率为1280*1024，对重组后的数据流按照DVI信号格式进行编码，最终完成视频的分屏。

图3 转换原理示意图

本文设计的ARINC818转换设备，主要实现4个功能：1)将ARINC818视频光信号经过光电检测转换为电信号；2)采用分屏概念实现2560×1024路视频的分屏，一路2560×1024分辨率视频分成两路1280*1024分辨率的视频；3)提高图像帧频，将通道1和通道2的帧频从30fps提高至60fps；4)对ARINC818协议进行解码重组并进行DVI编码。

3 方案设计

3.1 设计需求

在某型飞机的试飞任务中，抽引信号的具体的参数如表1所示，由表1可以看出，抽引信号的格式分布范围较宽，分辨率最高达2 560×1 024，最低达640×480，帧频30 fps以及60 fps均有涉及，且2 560×1 024为非标准分辨率。该型飞机提供给试飞测试用的视频通道均为经过电光转换输出的ARINC818协议光信号。采集记录ARINC818光信号在试飞任务中为首次。并且该型机需要采集记录的视频信号含非标准的分辨率格式的视频信号。多个分辨率格式下的帧频也不满足现有采集器的输入要求。同时目前成熟在用的机载采集器只适用于单端语音信号。因此我们设计了一种机载音视频测试方案，满足该型机试飞任务的需要。

3.2 功能描述

根据需要采集记录的音视频通道的特性，以及设备装机的限制，该方案需实现以下功能：

1)单台ARINC818转换设备实现3路光视频信号的标准化转换；

2)每个视频转换通道兼容2560×1024，1280×1024，768×1024，640×480四种分辨率格式的视频采集记录。

3)每个视频转换通道兼容30fps和60fps两种帧频格式的视频转换；

4)每个视频转换通道兼容分屏输出

与非分屏光电转换输出，通过开关控制。

5)方案同时实现5路视频信号光电转换；

6)方案同时实现3路视频信号以及1路差动信号的采集记录遥测；

表1 抽引参数属性表

3.3 方案实现

本文设计的机载音视频抽引测试系统如图5所示。原机视频信号经过一根一分为六的转接光缆分成六路，其中一路含5个ADVB通道，包含机载所有的显控视频信号，返回原机。其余五路分别传输一路ADVB视频流。考虑到设备的重心以及装机设备的空间限制，该方案设计使用两台视频转换设备，每台设备包含三路输入四路输出。五路ADVB视频数据进行光电转换，编解码，最终产生七路DVI数字电信号。在ARINC818转换设备内部，视频通道一和视频通道二首先通过光电转换技术转换成电信号，然后在电信号的基础上进行ARINC818解析与DVI数字编码，实现一路2560*1024/30fps视频流转换成两路1280*1024/60fps格式的视频。由于图5中所示的采集器最多同时实现三路视频的采集记录，因此转换后的七路DVI数字电信号可根据实际需求选择其中三路输入采集器实现视频的采集记录遥测。同时由于采集器只能对单端模拟信号进行采集，所以两路语音通道首先经过差分转单端设备，转换成单端信号后进入采集器完成采集记录。该方案最终实现所有音视频信号的相应转换，以及三路视频与一路音频信号的采集记录遥测。该方案已经在该型机的前期机载试验中完成机载抽引试验，单台ARINC818设备样机的输出信号满足采集记录的所有条件，验证了该方案的可行性以及可靠性。

图5 方案设计原理图

4 总结

针对某型飞机抽引信号呈现多通道、高分辨率、多视频格式的特殊性，本论文设计了一种机载测试系统方案，将原机信号通过特制线缆一分为六，一路返回原机，另外五路以供测试需求。本方案首次采用ARINC818换设备以及差分转单端设备，实现非标准以及标准格式ARINC818光信号到标准DVI数字电信号的转换，以及两路语音信号的转换，满足机载采集系统的要求。基于ARINC818的机载测试方案首次实现ARINC818标准的视频抽引，为今后更基于ARINC818的机载视频测试奠定了坚实的技术基础。

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[2] Alexander J, Keller T. Using ARINC818 avionics digital video bus(ADVB) for military displays [A].Proceedings of SPIE -The international Society for Optical Engineering[C].2007.

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[4] 朱志强.ARINC818协议特性分析[J]. 电子技术, 2013(6):36-38.

Test Scheme Design of Airborne Audio and Video Based on ARINC818

Li Ningning，He Yu，Wei Shan

(China Flight Test Establishment, Xi’an 710089,China)

During the test mission of an aircraft, the on-board Audio & Video acquisition、recording and telemetry are needed，which is used for dynamic monitor and playback after the event. The transmission of video data is based on the protocol of ARINC818(namely Avionics Digital Video Bus) through the fiber, which is the first time in the test mission. On account of the limit of the on-board equipment, this paper designed a test system based on ARINC818, which meets the acquisition and record of multi-channel, different resolutions and multiple formats.

ARINC818 video bus;audio & video acquisition; off-standard resolution; test system

2016-10-27；

2016-11-28。

李宁宁(1989-)，女，陕西渭南人，硕士研究生，助理工程师，主要从事机载光电测试以及摄影测量方向的研究。

1671-4598(2017)04-0034-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.011

TP274

A