一種機載雷達嵌入式3D視頻圖像顯示方法及系統與流程
2023-06-14 09:40:01 1
本發明涉及機載雷達圖像處理技術領域，具體涉及一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法及系統。
背景技術：
機載雷達的顯示效果直接影響飛行員對雷達的操控，雷達是否簡單易用，很大方面取決於顯示效果。由於機載雷達技術的發展和市場的需求變化，市場對機載雷達用戶體驗和操作便利性提出了越來越高的要求，這也對雷達顯示技術有了更高的要求。
目前3d顯示技術已經在影視、遊戲、建模仿真等領域有了廣泛應用和長足發展，然而這些3d顯示技術的使用都是基於pc機或者伺服器，嵌入式3d技術也多在消費類電子產品中使用，在機載雷達領域3d顯示技術還未有成熟應用。消費類民用產品所用3d顯示技術往往環境適應性差，無法滿足航空或者工業控制領域的惡劣環境，同時一部分技術為軟體3d加速技術，效率比較低所需硬體資源多。
現有3d顯示技術相對機載雷達顯示技術存在以下缺點：
1)基於消費電子，環境適應性差，難以滿足惡劣工作環境；
2)平臺使用windows或者linux作業系統，無法滿足安全性要求；
3)很多3d顯示技術使用軟體3d加速，效率低對資源要求高。
現有機載雷達顯示技術存在以下不足：
1)使用2d圖形和參數顯示結合，不具備3d顯示功能；
2)無作業系統或使用vxworks作業系統，成本高不便於民用推廣；
3)不具備3d硬體加速功能，高清3d圖形顯示會出現卡頓現象。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供了一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法及系統。主要解決如下問題：
1)針對機載複雜惡劣環境，需要進行相應特殊處理與設計；
2)需要使用vxworks作業系統確保安全性，同時需要進行嵌入式linux作業系統上的實現，便於往民用方面推廣；
3)需要選用帶有3d硬體加速引擎的視頻圖像顯示晶片，提高處理效率降低資源佔用率；
4)需要提高電路板集成度，減小體積、降低功耗以滿足機載需要。
本發明首先提供了一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法，包括以下步驟：
步驟一、選取並配置模塊中dm8168處理器所使用的作業系統；
步驟二、將機載雷達數據處理模塊處理後的數據傳輸給dm8168；
步驟三、對數據進行判斷和分析，包括將命令數據發送至dm8168的arm核進行處理，將雷達信號處理源數據發送給dm8168的dsp核進行處理；
步驟四、命令數據若為顯示控制命令則交由應用程式進行處理，命令數據為軟體升級命令則通過千兆網交換機連接至上位機網口進行程序的更新與升級；
步驟五、dm8168的dsp核對雷達信號處理數據解算和處理，並將運算結果發送給dm8168的arm核；
步驟六、dm8168的arm核對dsp核傳回數據進行圖像繪製，通過硬體圖形加速形成圖像和視頻數據；
步驟七、對所述圖像和視頻數據進行數據格式轉換，並通過視頻接口傳輸到顯示器。
優選的是，在步驟一中，作業系統包括vxworks作業系統或嵌入式linux作業系統，所述作業系統上移植有3d程式語言函數庫，所述3d程式語言函數庫包括opengles2.0。
優選的是，將機載雷達數據處理模塊處理後的數據通過2xpcie傳輸給dm8168。
優選的是，在步驟三中，對數據進行判斷和分析由dm8168的arm核搭載的作業系統和應用程式實現。
優選的是，在步驟三中，將雷達信號處理源數據通過syslinksoc核間通信技術發送給dm8168的dsp核進行處理。
優選的是，在步驟五中，雷達信號處理數據解算和處理後的運算結果通過syslinksoc核間通信技術發送給arm核。
優選的是，在步驟六中，dm8168的arm核對dsp核傳回數據進行圖像繪製之後，通過sgx5303d圖形加速引擎與高清視頻處理子系統hdvpss進行圖像處理硬體加速。
優選的是，在步驟七中，對所述圖像和視頻數據進行數據格式轉換包括通過hdvicp2來實現。
優選的是，在步驟七中，所述視頻接口包括dvi、vga或hdmi。
與上述方法相對應，本發明還提供了一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示系統，包括：
機載雷達數據處理模塊，用於整個雷達處理機的控制和數據處理；
pcie交換機，建立所述雷達數據處理模塊與dm8168處理器之間的pcie接口連接；
dm8168處理器，包括：
arm核，搭載作業系統與3d程式語言函數庫，用於對所述機載雷達數據處理模塊發送來的數據進行判斷和分析，對控制命令進行處理，對所述系統進行更新與升級，通過應用程式進行圖像繪製，對dm8168外部通信接口進行控制以及對dm8168系統資源進行分配；
dsp核，用於對雷達信號處理數據解算和處理；
sgx5303d圖形加速引擎與高清視頻處理子系統hdvpss，用於3d圖像處理的硬體加速；
視頻格式轉換器hdvicp2，用於圖像和視頻數據的格式轉換；
千兆網絡交換機，建立所述雷達數據處理模塊與dm8168處理器以及上位機之間的千兆網接口連接，用於對所述dm8168的系統調試與程序升級；
顯示器，用於視頻顯示。
本發明具有如下優點：
1、具備3d硬體圖形加速引擎，圖形加速效率更高，圖像輸出穩定性高，公共資源佔用率低；
2、高速接口全交換技術，使用交換機進行板內和板間高速接口數據交換，提高板卡集成度，減小板卡尺寸，簡化網絡布局，可動態進行通信拓撲配置，提高通信接口配置靈活性；
3、dm8168處理器中arm核與dsp核配合使用，既有實時作業系統進行資源和任務分配，又有高性能dsp做專門數據計算，使得模塊集成度和性能較高；
4、既有vxworks作業系統版本也有linux版本，緊扣軍民兩用主題，既確保軍用安全性，又可降低成本進行民用推廣；
5、板卡集成度高，功耗低，環境適應性強，滿足機載航空電子設備要求。
該嵌入式3d視頻圖像顯示模塊在多型飛機雷達無線電導航系統和氣象預測系統中使用過程中，相關技術指標已經達到預期效果。
基於其功能強、體積小、重量輕、功耗低、環境適應性強等特點，特別適合在機載雷達無線電導航、遙感測繪、氣象預報等多個軍民兩用領域推廣使用，同時可在航天遙感領域使用。由於「工業4.0」的到來，工業控制設備越來越智能，對人機互動界面要求也來越高，該發明在智能工業控制設備的使用可以讓生產現場或機器內部工作情況更形象直觀的展現在操作人員面前，使其對生產細節更清楚的掌握，更利於操作和控制。
附圖說明
圖1為本發明機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法及系統的一優選實施例的方法流程圖。
圖2為本發明機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法及系統的一優選實施例的系統架構圖。
具體實施例
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
本發明首先提供了一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示方法，如圖1所示，包括以下步驟：
步驟一、選取並配置模塊中dm8168處理器所使用的作業系統；
步驟二、將機載雷達數據處理模塊處理後的數據傳輸給dm8168；
步驟三、對數據進行判斷和分析，包括將命令數據發送至dm8168的arm核進行處理，將雷達信號處理源數據發送給dm8168的dsp核進行處理；
步驟四、命令數據若為顯示控制命令則交由應用程式進行處理，命令數據為軟體升級命令則通過千兆網交換機連接至上位機網口進行程序的更新與升級；
步驟五、dm8168的dsp核對雷達信號處理數據解算和處理，並將運算結果發送給dm8168的arm核；
步驟六、dm8168的arm核對dsp核傳回數據進行圖像繪製，通過硬體圖形加速形成圖像和視頻數據；
步驟七、對所述圖像和視頻數據進行數據格式轉換，並通過視頻接口傳輸到顯示器。
本實施例中，作業系統包括vxworks作業系統或嵌入式linux作業系統，所述作業系統上移植有3d程式語言函數庫，所述3d程式語言函數庫例如可以是opengles2.0。
如圖2所示，pcle交換機與dm8168通過2x的pcle連接，機載雷達數據處理模塊處理後的數據可以通過2xpcie傳輸給dm8168。
本實施例中，在步驟三中，對數據進行判斷和分析由dm8168的arm核搭載的作業系統和應用程式實現，將雷達信號處理源數據通過syslinksoc核間通信技術發送給dm8168的dsp核進行處理。
本實施例中，在步驟五中，雷達信號處理數據解算和處理後的運算結果通過syslinksoc核間通信技術發送給arm核。
本實施例在步驟六中，dm8168的arm核對dsp核傳回數據進行圖像繪製之後，通過sgx5303d圖形加速引擎與高清視頻處理子系統hdvpss進行圖像處理硬體加速。
本實施例在步驟七中，對所述圖像和視頻數據進行數據格式轉換包括通過hdvicp2來實現。
本實施例在步驟七中，所述視頻接口包括dvi、vga或hdmi。
本發明另一方面提供了一種機載雷達嵌入式3d視頻圖像顯示系統，如圖2所示，具體包括：
機載雷達數據處理模塊，用於整個雷達處理機的控制和數據處理；
pcie交換機，建立所述雷達數據處理模塊與dm8168處理器之間的pcie接口連接；
dm8168處理器，包括：
arm核，搭載作業系統與3d程式語言函數庫，用於對所述機載雷達數據處理模塊發送來的數據進行判斷和分析，對控制命令進行處理，對所述系統進行更新與升級，通過應用程式進行圖像繪製，對dm8168外部通信接口進行控制以及對dm8168系統資源進行分配；
dsp核，用於對雷達信號處理數據解算和處理；
sgx5303d圖形加速引擎與高清視頻處理子系統hdvpss，用於3d圖像處理的硬體加速。這些圖形加速器支持多個3d圖形開發程式語言，包括direct3d，opengles1.0/2.0，openvg1.1，openmax；
視頻格式轉換器hdvicp2，用於圖像和視頻數據的格式轉換；
千兆網絡交換機，建立所述雷達數據處理模塊與dm8168處理器以及上位機之間的千兆網接口連接，用於對所述dm8168的系統調試與程序升級；
顯示器，用於視頻顯示。
需要說明的是，經過充分的調研和全方位的考量，該機載3d視頻圖像顯示方法選用tms320dm8168圖形顯示處理器作為3d視頻圖像顯示模塊核心器件，外接2g高速ddr3作為內存，使用128mbflash作為非易失存儲器，通過2xpcie連接pcie交換機與機載雷達數據處理模塊進行高速數據通信，通過本地總線連接fpga邏輯器件進行接口拓展與控制，通過千兆網交換機可通過動態網絡拓撲配置進行調試與通信，外部視頻接口有1路dvi和1路vga，後期可拓展sata、usb、spi等多個接口。其中，tms320dm8168主要模塊如下：
1個cortexa8arm核1.35ghz；
1個c674xvliwdsp核1.125ghz，6個alu，2個乘法器；
3個hdvicp2可編程高清視頻圖像協處理器引擎；
sgx5302d/3d圖形加速引擎；
hdvpss高清視頻處理子系統，支持crt、hdmi、dvi、vga等視頻傳輸接口；
豐富的高速與低速外部接口。
arm核上運行嵌入式實時作業系統進行3d圖形加速器的調用並對視頻輸出接口進行控制，使用dsp進行高數據量的運算，從而充分利用各項資源。
該嵌入式3d視頻圖像顯示模塊所用技術包含如下內容：
1)3d圖形硬體加速技術，使用3d圖形加速引擎，進行高複雜度3d圖形與視頻數據處理，大大提高處理效率；
2)syslinksoc核間通信技術，dm8168多核之間通過syslink核間通信技術進行數據交換和資源共享，提高資源分配合理性和核間通信效率；
3)vxworks和linux作業系統裁剪與移植技術；
4)基於vxworks和linux作業系統的驅動開發技術，基於兩種作業系統進行3d加速引擎和接口驅動設計，並進行opengles三維圖形程式語言庫的移植；
5)高速接口全交換技術，使用交換機進行板內和板間高速接口數據交換，提高板卡集成度，減小板卡尺寸，簡化網絡布局，可動態進行通信拓撲配置，提高通信接口配置靈活性。
最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。