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寻宝网诛仙站:基于TAWS系统的视频显示、音频处理实现

时间: 2019-03-14阅读:

摘要 TAWS即地形提示和警告系统,利用目视和音响告警形式的地形提示来防止受控撞地。本文就通过FPGA实现视频显示功能、音频处理功能进行探讨。利用乒乓缓存技术实现视频数据的高速缓存,视频显示图像部分能够输出标准RGB格式的视频图像,音频数据通过ram缓存,能够通过扬声器输出wav格式的声音信息。

【关键词】TAWS FPGA 视频 音频

TAWS是一种增强型近地告警系统(EGPWS),近地告警系统(GPWS)不是一个全时段的告警系统,它只在无线电高度低于2450英寸时起作用。GPWS根据飞行的不同阶段,定义了多种告警模式,告警计算机存储了各种告警模式相对应的极限数据。告警计算机将其他系统输送来的飞机实际状态的数据与存储的极限数据相比较,若实际状态超越了某一告警模式的极限,表明飞机可能有撞地危险,系统就输出相应的音响和目视控制信号,加给驾驶舱中的警告喇叭,使之发出与模式相关的语音,并加给相应的指示灯,使相应的指示灯亮,有时还在发动机指示和机组警告系统的显示器上显示出有关信息,以此来帮助飞行员迅速调整飞机状态以避免可控飞行撞地(CFIT)事故的发生。

1 视频显示技术介绍

视频技术分为模拟视频和数字视频,数字图像数据在存储中的存储格式主要有RGB和YUV,本项目中选用的是RGB格式,每个像素点都是通过3个独立原色的数值来确定的,每个独立原色均用8bit表示,即颜色8bit量化就是24位真彩色。

2 音频技术介绍

目前主要的音频文件存储格式有:cda格式、wav格式、mp3/mp3pro格式、wma格式、ra格式等。

本文中使用的是wav格式的文件,44.1Khz的采样频率,16位量化位数,文件是16进制文件,采用的是小段存放格式(高地址存储高位、低地址存储低位)按字节存储。

3 系统硬件总体设计

TAWS系统关于音频、视频方面的硬件设计方面的设计思路是这样的:CPU根据地形情况飞行高度等信息分析出所需要显示的地形信息和声音告警信息,通过总线方式传输至FPGA,FPGA将信息存储分发,通过语音芯片传输至耳机播出声音,将视频信息按照LVDS接口的显示器特性输出。

FPGA是xilinx公司7系列的产品A7200t,语音芯片是PCM1681,支持5khz-200khz的声音传输频率,视频显示器选用友达面板,型号G065VNO1V2,6.5英寸,像素点640*480,工作频率60hz。

4 視频显示逻辑实现

LVDS接口的显示屏有以下几种形式:D6L(单6位LVDS)、D8L(单8位LVDS)、S6L(双6位LVDS)、S6L(双6位LVDS)。

本项目中选用的显示屏可同时支持6bit与8bit传输,本文选用的是6bit的传输格式。如图1所示。

其中,HS:行同步信号,表示一行数据的开始。

VS:帧同步信号,表示一帧数据的开始,LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个VS信号,开始新一帧的显示,VS信号出现的频率表示一秒钟内能显示多少帧图像,称为“显示器的频率”。

DE:数据使能信号。

LVDS CLK:像素时钟信号,表示正在传输一个像素的数据。

传输过程中要满足行数据有效时间及休眠时间、列数据的有效时间及休眠时间,以及数据刷新率等条件进行传输才能驱动显示屏显示出图像。

在显示过程中为了避免断屏或者闪屏的情况出现,要求视频数据一直保持有规律的、不间断的有效传输,因此利用FPGA中双口RAM进行乒乓缓存来实现视频数据的高速传输。乒乓缓存器控制两个RAM的读写操作,在RAM1接收视频图像数据时,RAM2用于视频图像数据输出,当新的一帧图像采集完成之后两块RAM互换角色。乒乓操作的最大特点就是将经过缓存的数据流无时间停顿的传送到输出端,因此非常适合对时序不连续的像素进行无缝缓冲处理。

5 音频处理实现

本文中选用的传输芯片为PCM1681,配合运算放大器来实现声音的输出。PCM1681通信支持spi和iiC两种通信模式,可在硬件板上通过固定引脚配置来实现方式选择。本文中选择SPI模式。

MD为配置数据,一组数据由16bit,高8位是所配置的地址,低8位是配置数据;MS信号为配置模式写使能,低有效;MC为配置模式写时钟。通过配置可实现各个通道的幅度值调制,可进行采样过密控制、静噪控等功能。

设置LRCK、BCK、SCK等系 统频率,音频数据传输频率是44.1Khz,所以flrck=44.1 Khz,选用的是16位数据格式,fbck=32*fs=1.4112 Mhz,系统采样时钟fsck=512*fs=22.5792 MhZ。

该器件的复位信号必须达到65536*fs的时间,芯片内部的电压才能上升到正常值,才能支持正常工作。

声音文件是由CPU总线方式传输,由PCM1681输出,考虑到两者的数据处理速率不一致,需要对接收到的数据在FPGA中进行缓存,完成异步数据流的处理。

6 系统测试实验

在ISE14.7的编译环境下,由外部CPU下发指令,设置显示红、黄、蓝、深红、绿、白六种颜色的条形显示图案。面板显示情况如图2所示。

在显示界面中,没有出现闪屏、断行、颜色不对齐等情况发生,说明数据能够按照显示屏的特性稳定的传输。

系统外接耳机之后,能够清晰的听到声音,没有声音重叠、声音音速不正常、声音断续的现象发生。

7 小结

本文完成了基于LVDS接口的视频显示,能够将声音文件转换为声音信息。TAWS做为飞机安全保障系统,要及时发出告警信息,在设计时充分考虑了系统的响应时间、实时处理能力,选用的存储空间满足视频、音频数据的缓存,从而避免两帧文件进行累加。

参考文献

[1]熊文斌,基于FPGA实现的视频显示系统[J].液晶与显示,2010.

[2]李敏,音频文件格式wave的转换[J],电脑知识与技术,2005 (08): 73-75.

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