电视信号转换部件检测仪的设计与实现

摘 要：本文基于ISA总线、PCI总线设计了电视信号发生器模块、电视信号转换模块、串行通信模块和数字视频信号解码模块，以工业控制计算机为平台，构建了电视信号转换部件检测仪，基于Windows系统设计了上位机测试软件，实现了对机载电视信号转换部件的功能、性能检测。经试用，系统稳定可靠。

关键词：电视信号转换；性能检测；FPGA

中图分类号：TN949.6 文献标识码： B 文章编号： 2095-8595 （2016） 03-262-05电子科学技术 URL： http//.cn DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.03.017

引言

电视信号转换部件是某型战斗机火控系统的重要部分，用于接收飞机各个悬挂点上电视导引头发送来的电视信号和来自飞机的机载电子设备的电视信号，通过信号处理，使之变为标准化的数字视频信号，经转换后由机上多功能显示器显示。配套的地面检测仪可对该设备进行功能、性能检测，自动分析接收的信号，判断通道质量、性能，进行故障诊断并将故障定位到某个具体通道。

1 系统组成及工作原理

1.1 系统组成

检测仪由显示检测操纵台、主控计算机和被测设备安装架、连接电缆等组成。其中，显示检测操纵台外形为一个6U的机箱，面板安装有液晶显示屏、数字电压表和电流表、检测仪的供电控制开关及状态指示、被测部件的供电控制开关及状态指示，电压表和电流表可以实时监测被测部件的工作情况。

主控计算机是检测仪测试和控制的中心，内部有嵌入式板卡，结合应用软件可实现信号的产生、转换和测试，与操纵台和被测设备间通过电缆相连，被测设备—电视信号转换部件被固定在设备安装架上以方便测试。

1.2 工作原理

检测时，由工控机内的测试应用程序发送指令信息，驱动电视信号发生器模块产生测试所需的各种模拟电视信号，经电视信号转换模块切换、组合后发送给被测设备，接收由被测设备处理后的数字视频信息，经解码后通过检测仪显示器显示。工控机内置的电视信号发生器模块完成各个通道的4种类型模拟电视信号的产生、发送，产生的模拟电视信号符合测试的需求。串行通信模块产生显示控制计算机的指令信息，用于控制电视信号转换部件工作状态，数字视频解码模块完成数字电视信息的解码工作。原理组成图如图1所示。

2 电路设计

2.1 硬件组成

检测仪以工控机为分析和控制核心，基于PCI总线和ISA总线实现电视信号转换部件的性能测试，其组成包括显示检查操纵台、工控机及各功能模块[1]。工控机是整个系统的控制和判断中心，电视信号发生器模块向被测设备发送测试激励信号，数字视频解码模块接收反馈信号，经分析判断通道转换质量是否符合要求。串行通信模块用于被测设备与测试系统之间控制与状态信息交换。主控计算机采用PCI总线标准机箱的体系结构，控制器采用高性能PCI总线工业控制计算机，机内装有串行通信模块、电视信号发生器模块、电视信号转换模块和数字视频解码模块等。

2.2 显示检测操纵台

显示检测操纵台主要功能是实现电视信号转换部件测试时的电源匹配。通过开关控制向电视信号转换部件提供115V400Hz交流和27V直流电源，显示电视信号转换部件的工作状态，包括工作电压、工作电流、良好信号指示等。

2.3 电视信号发生器模块

电视信号发生器模块作用是产生测试使用的模拟视频信号，共4种类型具体如下：

（1）类型1

8路单色电视信号：输出全电视信号或亮度信号（Y）+行同步信号（HS）+场同步信号（VS）。

（2）类型2

1路单色电视信号：输出为亮度信号（Y）+行同步信号（HS）+场同步信号（VS）。

（3）类型3

2路单色电视信号：输出为全电视信号（将亮度信号、行场同步信号复合在一起）。

（4）类型5

2路单色复合视频信号：输出为差分信号。

为产生这4种类型14路信号，采用可编程逻辑器件通过硬件描述语言设计实现，电路由可编程逻辑器件（CPLD、FPGA）、高速数模转换器（D/A）、数据缓存器（DRAM）、时钟电路等构成。电路框图如图2所示。

该电路模块中的可编程逻辑器件采用ALTERA公司的器件，包括1片CPLD和1片FPGA。其中CPLD用于实现ISA总线协议接口，并完成对FPGA的上电配置[2]。测试时，工控机将上位机测试程序产生的测试信号通过ISA总线加载到FPGA上，其数据由DRAM暫存。在FPGA控制下产生RGB数字视频数据，输入到D/A转换器中，经转换器编码产生模拟电视信号，并传输到电视信号转换模块。

2.4 视频信号转换模块

电视信号转换模块主要是把电视信号发生器模块产生的模拟视频信号复合、放大调整后，输送给电视信号转换部件的各通道。由于电视信号转换模块中每个输入通道的视频信号的类型不完全一致，因此必须将电视信号发生器模块产生的模拟视频信号进行转换，形成符合各通道要求的信号。电路框图如图3所示。电路主要由CPLD、FPGA、总线驱动器、视频矩阵开关、视频多路模拟开关、视频放大器等组成。上电后FPGA由CPLD完成配置，输出整块板的逻辑时序，并控制产生行同步、帧同步和模拟视频信号[3]。

2.5 串行通信模块

串行通信模块用于电视信号转换部件与检测仪之间连续码的交换，控制电视信号转换部件输入通道、输出通道的选择以及转换部件工作模式的选定。测试时，由系统内部产生控制信息，经ISA总线输出，然后通过发送协议解析芯片将并行数据转换成32位串行信息，再通过电平转换电路把TTL电平信号转换成三电平信号，送到电视信号转换部件。来自电视信号转换部件的32位双极性归零码信号，经过电平转换电路转换成串行TTL电平信号，然后由协议解析芯片将TTL串行信号生成并行TTL信号传送到系统ISA总线，由测试系统进行处理。电路框图如图4所示。

2.6 数字视频信号解码模块

数字视频信号解码模块主要由RS-485接收器、CPLD、双口RAM、数据选择器、视频D/A转换器、视频放大器等构成。其原理框图如图5所示。

RS-485接收器对符合RS-485电平标准的数字视频信号进行接收，串行数字视频信号经过RS-485接收器接收后，送入CPLD1执行算法程序进行解码，并通过双口RAM进行缓存。同时， CPLD1还实现与PCI总线的接口，将解码数据送到工控机处理，通过视频驱动电路发送給显示器，进行图像重现。同时，在CPLD2控制下，解码后的数据也可以经数据选择器送入视频D/A转换器，经转换变为PAL制式视频信号，再由视频放大器放大后输出至监视器。

3 测试软件设计

3.1 体系结构

软件用于配套检测仪，主要完成对被测试设备的检测，同时能够对检测仪进行自检。软件设计总的原则就是利用成熟技术进行模块化设计。采用标准的Windows多窗口界面风格，内部以Windows消息机制进行多任务协调，通过标准的键盘、鼠标来操作使用。上位机整体软件的体系结构分为三个层面，最底层是操作系统，中间层是对硬件的驱动，最顶层是测试程序，包括对数据的采集、指令的发送、任务管理以及操作界面。

从测试过程来讲，软件包括配置、手动测试、自动测试等功能，总体上功能划分清楚、结构简单、流程清晰，从而保证系统的高可靠性[4]。

3.2 测试程序

测试程序主要实现对系统的自检和对被测产品的性能测试功能。

（1）自检功能

自检功能主要是对检测仪内部的模块进行状态检测，通过对模块上有关寄存器进行读写，把读的结果与期望值比较，给出相应的提示信息。

（2）测试功能

测试功能主要针对被测产品。通过控制测试设备内部的模块生成不同测试向量，包括测试图形、工作模式等，将这些测试向量加到被测产品，再通过检测被测产品的输出结果来完成测试功能。

①流程图

测试操作分为自动运行和手动运行两种。自动运行为自动循环遍历配置区的输入通道号和输出通道号等，并分析相应的数字化图形结果，如果有错误则给出提示信息[5]。手动运行仅运行在选定的输入通道号等条件下，分析相应的数字化图形结果。测试流程流程如图6所示。

②主画面设计

主画面的设计关系到人机操作和显示界面，应该把握以下几个原则：

合理布局。应符合人们计算机使用习惯，最好要与工作流程吻合，以便用户按部就班地操作。

名称规范。画面的名称应易于理解，反映测试过程中的节点。

人机交互。画面除了基本操作，还应该有人性化提示信息、错误信息等。

根据以上原则，把主画面分为4个区域。其中，配置区用于控制输入通道号、输出通道号、图形是否放大等选择。通信区显示要发送的串行码字，同时显示接收串行码字的次数。数值化结果区显示接收图形的特性，包括几何失真，灰度，分辨率等。操作区用于选择连续或单步两种运行方式。

③图形的特征判断

几何失真、灰度、分辨率等属于图形最基本的属性。通过与预存的标准测试图像进行比较，判断图像质量，进而给出检测结论。

4 结语

该检测仪针对测试需求，通过硬件和软件相结合，实现了电视信号转换部件的功能和性能测试，能详细显示出测试过程信息，可将故障定位，测试界面清晰、明了。该检测仪可用于电视信号转换部件的故障件定位、返厂件和装机前的检测，为某型机准确评估装备战斗性能提供重要的技术保障。

参考文献

卢钧，黄旌. 视频组件综合测试仪设计[J].国外电子测量技术.2006（5）.

王俞心，任婧等. 基于某机载视频部件智能检测系统的设计与实现[J].航空计算技术.2009（5）.

刘杰，牛燕雄等. 基于FPGA的视频信号发生器设计与应用研究[J].仪器仪表学报.2008（3）.

翟颖烨，周越文等.航电系统中的LVDS视频信号测试系统研究[J].计算机测量与控制.2013.21（9）.

刘佐濂，何清平等.一种高分辨率视频转换系统的设计[J].现代电子技术.2006（3）.

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