遥测地面站视频解码系统的设计

赖彪

（91245部队 辽宁 葫芦岛125001）

遥测地面站视频解码系统的设计

赖彪

（91245部队 辽宁 葫芦岛125001）

为了实现飞行器试验中视频图像传输解码的需求，提出了一种遥测视频解码解决方案，并完成了系统的软硬件设计。该解码系统同时采用了硬解压和软解压两种工作方式，硬解压采用"ASIC+处理器"的设计平台，运行Linux系统管理系统。软解压采用高性能的工控机为硬件平台，利用软件实现了视频数据H.264方式的解码、保存、同步播放等功能。实际应用表明，该系统能够实现遥测数据中视频信息的实时显示、存储和回放，达到了设计要求。

视频遥测；视频图像；视频编码；H.264

遥测系统是飞行器试验中的重要组成部分，随着测控技术的飞速发展，遥测技术的发展同样日新月异，人们已经不满足于遥测信道只传输传统上的测量值，而希望能够传输各种不同的数据，例如实时图像信号。在飞行试验过程中，将飞行目标拍摄的视频和图像通过遥测信道实时传送到遥测地面站，提供给地面人员，已经越来越成为飞行试验中不可缺少的技术手段［1］。通过飞行器遥测数据图像传输，使技术人员能够实时观测飞行目标的动作，特别是对一些关键时刻的飞行状态，从不同的角度和部位来观测，有利于试验故障的分析、定位和排除，便于改进设计，缩短产品的研制周期。

在一些应用场合中，视频图像信号帧率高，因此要求的遥测码速率也很高，在分辨率不高的情况下，其码速率就达到十几Mbps，而且往往在传输视频遥测图像的同时，还要传送飞行目标的其它遥测参数［2］。因此必须对视频图像进行压缩，降低码速率［3-4］。文中介绍了一种遥测地面站视频解码系统，对飞行目标遥测信号中的视频信息解码并实时显示。

1 视频编解码技术

视频压缩技术，是针对视频信号存在冗余的情况，对数字视频信号进行编码压缩和解码处理的技术，尽可能地在较低码率的情况下不影响图像的整体质量。视频压缩技术已广泛应用于娱乐、多媒体等商业领域，也迅速渗透到军事领域。20世纪90年代以来，ITU-T和ISO制定了一系列多媒体编码的标准，目前常用的视频编码技术主要有MJPEG、MPEG1/2、MPEG4（SP/ASP）、H.264/AVC等几种。

H.264是ITU-T的视频编码专家组 （VCEG）和ISO/IEC的动态图像专家组（MPEG）联合制定的新的视频编码标准。同以往的压缩技术相比，同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量更少。它采用混合编码结构，提高了编码效率。其具备的分层编码技术、错误约束机制、错误掩盖技术及高效的比特流切换技术也使得该标准特别适合应用于IP网以及移动传输网。根据H.264的一系列优点，在本方案中采用了H.264编解码方式［5-6］。

2 系统概述

遥测地面站的视频解码系统属于遥测地面站的1个分系统，系统总体结构图如图1所示。飞行目标的视频信息经过采集后利用H.264编码方式进行压缩，压缩后的视频数据与常规遥测数据合并到遥测数据帧中，通过遥测发射系统进行无线发射［7-8］。遥测地面站通过接收天线接收无线信号后由遥测接收机解调还原遥测数据帧，图像解码终端从遥测数据帧中提取视频数据，送入解码器解码，进行实时显示和记录［9-10］。系统同时采用了硬件解码和软件解码两种方式。

图1 系统总体结构图

3 系统设计

3.1 硬件设计

图像解码终端为19英寸标准CPCI机箱，2U的高度。解码终端主要由图像解码板、研华MIC3392A工控主板和2U标准CPCI工控机箱等设备组成，如图2所示。图像解码板采用硬解压的方式对视频信息进行解码，研华MIC3392A工控主板和相应的外设组成高性能的工控计算机，采用软件解压的方式对视频信息进行解码。

图2 系统硬件结构图

3.2 硬解码设计

图像解码板采用“ASIC+处理器”的设计平台，操作系统采用Linux系统，实现H.264的视频解码任务和基于以太网的通信传输。图像解码板原理图如图3所示。采用这种“核心板+功能底板”的结构，提供较小体积的编解码核心板，配合定制接口的功能底板，可以灵活快速满足不同的传感器和不同的系统形式。

图3 图像解码板原理图

3.3 软解码设计

软解码主要通过图像解码软件来实现，图像解码软件是系统配套的应用软件，实现对网络视频的实时软件解码和记录存储的功能。软件功能框图如图4所示。

图4 图像解码软件功能框图

功能设置模块：主要对软件的工作方式进行设置，网络工作模式下接收网络视频数据进行处理，本地工作模式下对本机存储的视频数据进行处理。

网络通信模块：主要完成网络的实时通信功能，包括建立网络连接，接收网络视频数据，接收网络时码信息。

视频去复用模块：网络数据包包括网络数据帧头、附加时间码等信息，本模块主要对网络数据包的各种数据进行识别，自适应后进行H.264解码。

存储视频模块：主要对视频去复用后的视频流进行记录，保存成本地可以播放的视频文件，方便后期观看处理。

H.264解码模块：主要的解码过程包括熵解码、逆量化、运动补偿等。采用基于数据流与流水线技术相结合的控制策略对串行数据实施并行化处理，提高解码效率。

视频重构模块：主要对解码后的图像数据进行重构，叠加网络接收到的时间码等信息，形成相应的图像帧。

合成显示模块：对最后形成的图像帧在计算机上进行显示，为了达到更好的显示效果，对图像进行了数字滤波和图像动态对比度调整。

4 运行结果

遥测系统回放带有图像信息的遥测数据文件，解码系统实时进行H.264解压并显示图像。解码终端实时工作界面如图5所示。显示界面左边是图像显示区，右面是控制区。

图5 图像解码软件运行界面

5 结束语

基于H.264技术的视频解码方案，在某型试验中进行了实际应用，实现了飞行器试验中遥测视频图像的实时显示、存储和回放。本方案适合于国内的大部分遥测设备，能够满足遥测视频系统试验的需求。

［1］魏建新．飞行试验中多路视频数据实时处理系统设计与实现［J］．电子设计工程，2015，23（9）：81-83．

［2］张焱，周建江．MPEG4信号与遥测信号混合图像编码技术的设计与实现［J］．电脑知识与技术，2009，5（10）：2715-2716．

［3］高杨，刘荣科，胡伟．基于FPGA+DSP的高清视频图像系统设计与实现［J］．电子测量技术，2011，34（1）：69-73．

［4］江民俊，王琪．基于FPGA和ARM的弹上视频图像遥测系统设计［J］．江西通信科技，2012，3（1）：9-11．

［5］李宏，吴衡，冯巧宁．基于单向无线网的飞行试验视频遥测传输技术［J］．测控技术，2010，29（6）：29-32．

［6］张鲁滨，胡晋铭，范秉宇，等．基于无线网络的机载数字视频遥测传输技术［J］．海军航空工程学院学报，2010，25（2）：189-193．

［7］张会新，孙伟，辛海华．遥测视频图像采集压缩系统的设计与实现［J］．电视技术，2015，39（3）：43-45．

［8］冯妮，张会新．遥测数字视频信号高速采集存储系统的设计与应用［J］．计算机测量与控制，2013，21（1）：279-281．

［9］鲁希团，李大健，田雪涛．无人机视频图像与测控数据同步记录与回放系统［J］．航空计算技术，2014，44（3）：32-34．

［10］张杰，邹强，晏晖．机载多路视频PCM遥测传输技术［J］．计算机与数字工程，2013，41（5）：805-807．

Design of video decoding system for telemetry ground station

LAIBiao
（91245 Troops of PLA，Huludao 125001，China）

In order to realize the demand of video image transmission and decoding in the aircraft tests，the author design a telemetry video decoding solution，and the hardware and software design of the system is completed.The system adopts both the hard decompression and the soft decoderways to decode the video data.The design platform of ASIC+Processor and the Linux operation system are used in the Hard decompression.High performance Industrial PC isadopted in the softdecoder as hardware platform，and various functions including the decoding，saving and synchronized playing have been realized.The practical application shows that the system can realize real-time display，storage and playback of the video information in the remote sensing data，and itcan reach the design requirements.

video telemetry；video；video encode；H.264

TN919.5

A

1674－6236（2016）20-0104-02

2015-11-03 稿件编号：201511031

赖 彪（1973—），男，辽宁葫芦岛人，高级工程师。研究方向：计算机测控技术。