CN104426851A - 图像信号的传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像信号的传输系统及方法。该系统包括：用于缓存采集到的图像信号，并将图像信号发送至传输通道模块的现场可编程门阵列FPGA；用于对FPGA发送的图像信号进行缓存的传输通道模块，传输通道模块分别连接FPGA和计算机；传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存FPGA发送的图像信号，并在FPGA的控制下，向计算机输出所缓存的图像信号；用于对图像信号进行检测的计算机。本发明采用高速FPGA作为系统的核心，克服了采用传统单板机带来的数据传输速率较低的缺陷，提高了图像信号的传输速率，保证了图像信号传输的实时性，从而为实时故障诊断提供了保障。

Description

图像信号的传输系统及方法

技术领域

本发明涉及信号传输技术，尤其涉及一种图像信号的传输系统及方法。

背景技术

强力输送带是在矿山、港口和码头运输系统中普遍使用的设备，具有传输距离长、运送量大、可连续运送物料等特点。由于长期高负荷运作及工作环境恶劣等原因，强力输送带会发生钢绳锈蚀、断裂或接头伸长等故障，使其强度下降，一旦发展成断带事故，会摧毁输送机机架，毁坏设备甚至造成人员伤亡，后果极其严重。为了尽可能避免事故发生，有必要对强力输送带内部钢绳的状况进行监测以及故障诊断。

现有强力输送带故障诊断系统中，首先采集包含有输送带内部钢绳图像信息的信号、然后将该图像信号传输到上位机，由上位机提取图像信号特征，从而判断输送带内部钢绳锈蚀、断裂等情况，并在超标时发出报警信号。该故障诊断系统中数据传输部分是通过单板机实现的。

采用比较传统的单板机实现数据传输，由于受到单板机性能的限制，这种方法的数据传输速率较低，甚至会造成图像信号数据的丢失，无法保证图像信号传输的实时性，从而可能造成煤矿的巨大损失。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种图像信号的传输系统及方法。

本发明提供的图像信号的传输系统，包括：

用于缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块的现场可编程门阵列FPGA；

用于对所述FPGA发送的图像信号进行缓存的所述传输通道模块，所述传输通道模块分别连接所述FPGA和计算机；所述传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存所述FPGA发送的所述图像信号，并在所述FPGA的控制下，向所述计算机输出所缓存的图像信号；

用于对所述图像信号进行检测的所述计算机。

如上所述的图像信号的传输系统，所述传输通道模块具体为EZ-USB FX2芯片，且所述EZ-USB FX2芯片被设置为从动工作模式。

如上所述的图像信号的传输系统，所述FPGA中包括静态随机存储器SRAM。

本发明提供的图像信号的传输方法，包括：

FPGA接收并缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块；

所述传输通道模块对所述FPGA发送的图像信号进行缓存；所述传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存所述FPGA发送的所述图像信号，并在所述FPGA的控制下，向计算机输出所缓存的图像信号；

所述计算机对所述图像信号进行检测。

如上所述的图像信号的传输方法，所述传输通道模块具体为EZ-USB FX2芯片，且所述EZ-USB FX2芯片被设置为从动工作模式。

如上所述的图像信号的传输方法，所述FPGA通过包括的SRAM缓存所述图像信号。

本发明提供的图像信号的传输系统及方法，采用高速FPGA作为传输系统的核心，克服了采用传统单板机带来的数据传输速率较低的缺陷，提高了图像信号的传输速率，保证了图像信号传输的实时性，从而为实时故障诊断提供了保障。

附图说明

图1为本发明提供的图像信号的传输系统一个实施例的组成示意图；

图2为图1的传输系统的传输通道模块的功能逻辑示意图；

图3为本发明提供的图像信号的传输系统另一个实施例的组成示意图；

图4为图3的传输系统中FPGA与EZ-USB FX2芯片的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的图像信号的传输方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的图像信号的传输系统的组成示意图，本实施例提供的图像信号的传输系统具体可以应用于强力输送带故障诊断系统中对输送带内部钢绳图像信号的传输，但并不以此为限。如图1所示，该系统具体可以包括：现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称：FPGA）10，传输通道模块11，以及计算机12。

其中，FPGA10用于缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块11；

在强力输送带故障检测系统中，可将X光发生器产生的X光透射过运行着的强力输送带后照射到X光探测卡上，X光探测卡可以将强力输送带内部钢绳的图像光信号转换为模拟电压信号，接着通过图像采集板对该模拟电压信号进行A/D转换，使其转换为数字图像信号，然后该数字图像信号经过传输系统传输到计算机。

本实施例提供的图像信号的传输系统中，FPGA10为主控制器，控制图像信号的传输。首先，FPGA10用于采集由所述图像采集板传输的数字图像信号，并将所述图像信号进行缓存。具体地，FPGA10中可包括静态随机存储器（Static Random Access Memory，简称：SRAM），FPGA10可将图像信号缓存在其SRAM中。可选地，FPGA10还可连接片外缓存模块，将图像信号缓存在片外缓存模块中。本发明各实施例均以FPGA10将图像信号缓存在SRAM中为例进行说明。其次，FPGA10还用于通过控制传输时序从而将缓存在SRAM中的图像信号发送至传输通道模块11。

其中，传输通道模块11用于对FPGA10发送的图像信号进行缓存，传输通道模块11分别连接FPGA10和计算机12；传输通道模块11包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存FPGA10发送的所述图像信号，并在FPGA10的控制下，向计算机12输出所缓存的图像信号；

本实施例的图像信号的传输系统中，传输通道模块11可以通过例如Cypress公司的EZ-USB FX2芯片、Atmel公司的8051-based Microcontroller系列芯片等实现，但并不以此为限。传输通道模块11首先用于对FPGA10发送的图像信号进行缓存。图2为传输通道模块11的功能逻辑示意图，如图2所示，传输通道模块11可包括多个缓存区。传输通道模块11设置有满状态标志位，所述满状态标志位用于标识对应的缓存区中缓存的数据是否已满，例如，若满状态标志位为高电平，则说明对应的缓存区已满。相应地，当主控制器FPGA10检测到所述满状态标志位为高电平时，则不再向传输通道模块11发送图像信号。同理，当主控制器FPGA10检测到所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，可向传输通道模块11的所述缓存区发送图像信号。

传输通道模块11还用于向计算机12输出所缓存的图像信号。如图1和图2所示，传输通道模块11分别连接FPGA10和计算机12，并且具有与计算机12连接并进行数据传输的接口模块，当传输通道模块11的缓存区中缓存有图像信号数据时，可在主控制器FPGA10的控制下，将图像信号通过所述接口模块传输给计算机12。具体地，可由FPGA10预先设定数据包的字节数，每当传输通道模块11的缓存区中的数据的字节数达到该数据包的字节数时，将所述数据形成一个数据包传输给计算机12。可选地，将所述数据形成数据包并传输给计算机12也可由传输通道模块11实现，此时传输通道模块11还应包括具有至少能执行上述功能的元件，例如8051单片机等。这样，FPGA10还可在传输完一组数据之后向传输通道模块11的所述元件发送信号以指示传输通道模块11将该组数据形成一个数据包传输给计算机12。

其中，计算机12用于对所述图像信号进行检测。

计算机12可以是工控机，也可以是普通的个人计算机，但并不以此为限。计算机12接收传输通道模块11通过其接口模块传输的图像信号之后，可以通过计算机12中的图像处理软件对接收到的图像信号进行分析和处理，还可以运用例如模式识别算法等对图像信号进行图像特征提取，从而判断强力输送带内部钢绳锈蚀、断裂以及接头伸长等情况，并可以在上述情况超过正常标准时发出报警信号。

本发明提供的图像信号的传输系统，采用高速FPGA作为传输系统的核心，克服了采用传统单板机带来的数据传输速率较低的缺陷，提高了图像信号的传输速率，保证了图像信号传输的实时性，从而为实时故障诊断提供了保障。

图3为本发明提供的图像信号的传输系统另一个实施例的组成示意图，如图3所示，本实施例提供了传输通道模块为EZ-USB FX2芯片的实施场景下，图像信号的传输系统的具体实施例。该系统包括：

FPGA10，用于缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至EZ-USB FX2芯片110；

EZ-USB FX2芯片110，用于对FPGA10发送的图像信号进行缓存，EZ-USB FX2芯片110分别连接FPGA10和计算机12；EZ-USB FX2芯片110包括四个先入先出队列（First Input First Output，简称：FIFO）缓存区EP2、EP4、EP6和EP8，并且对应缓存区设置有满状态标志位FLAGB，在满状态标志位FLAGB标识对应的缓存区未满时，接收并缓存FPGA10发送的所述图像信号，并在FPGA10的控制下，向计算机12输出所缓存的图像信号；

计算机12，用于对所述图像信号进行检测。

具体地，在本实施例中，FPGA10为主控制器，控制图像信号的传输。EZ-USB FX2芯片110在本实施例中作为一个数据的传输通道模块，因此被设置为从动工作模式，也称为从FIFO模式。在所述从FIFO模式下，EZ-USBFX2芯片110可接受来自外部信号的控制，也就是说，EZ-USB FX2芯片110可由主控制器FPGA10进行控制。EZ-USB FX2芯片110内嵌有8051固件以及USB2.0接口模块，在从FIFO模式下，8051固件仅需在系统工作之前配置与从FIFO模式相关的寄存器，并且设置芯片110工作在该模式即可，然后可由FPGA10控制图像信号的整个高速传输过程。

图4为本实施例中FPGA10与EZ-USB FX2芯片110的连接示意图，如图4所示，本实施例提供的图像信号的传输系统采用并行数据线和控制线来实现数据传输，其中数据线用于传输图像信号的数据，控制线用于FPGA10对芯片110进行传输控制，各信号的含义说明如下：

IFCLK：芯片110输出的时钟，可作为通信过程中的同步时钟；

FLAGA：可编程标志的状态位；

FLAGB：缓存区的满状态标志位，在缓存区被设置为输入缓存区的情况下起作用，当输入缓存区内的图像信号的数据达到预设字节数时，FLAGB被置成高电平，标识对应的缓存区数据已满；

FLAGC：缓存区的空状态标志位，在缓存区被设置为输出缓存区的情况下起作用，当输出缓存区内的图像信号的数据全部被传输之后，FLAGC被置成高电平，标识对应的缓存区已空；

SLOE：缓存区输出使能信号，由FPGA10控制；当SLOE无效时，数据线不输出有效数据；

SLRD：缓存区读信号，由FPGA10控制；同步读时，缓存区指针在SLRD有效时的每个时钟信号IFCLK的上升沿递增；异步读时，缓存区指针在SLRD每次从有效向无效跳变时递增；

SLWR：缓存区写信号，由FPGA10控制；同步写时，在SLWR有效时的每个IFCLK的上升沿时，数据被写入，缓存区指针递增；异步写时，在SLWR每次从有效向无效跳变时，数据被写入，缓存区指针递增；

FIFOADR[1：0]：四个FIFO缓存区的选择信号，即缓存区EP2、EP4、EP6和EP8的地址线，可通过对特殊功能寄存器的设置来定义缓存区的大小以及数据的传输方向；

FD[15：0]：数据线，用于传输图像信号的数据；

PKTEND：标识数据包结束的信号，由FPGA10控制；在一般情况下，FPGA10向芯片110的缓存区发送数据，即写入数据，当写入缓存区的字节数等于预先设定的数据包的字节数时，芯片110将其缓存中的数据形成一个数据包进行传输；但有时FPGA10可能需要传输字节数小于预先设定的数据包字节数的数据，此时只需在写入一定字节数的所述数据之后，发送此信号，从而使芯片110一旦接收到该信号则将其缓存区中的数据形成一个数据包进行传输；

SLCS：缓存区片选信号，由FPGA10控制；当SLCS输出高电平时，不可进行数据传输。

应当理解的是，上述各信号在图像信号由FPGA10向计算机12高速传输的过程中不一定都会用到，其中部分信号只在系统测试的过程中用到。例如，在本实施例提供的图像信号的传输系统应用于强力输送带故障诊断系统中时，FPGA10仅需控制采集的图像信号由其SRAM传输到计算机12，此时芯片110中缓存区仅用作输入缓存区，可由FPGA10写入数据，因此例如读信号SLRD在这个过程中不起作用。然而，为了对所述系统进行测试，还可实现数据由计算机12首先向FPGA10传输这一过程，此时芯片110中缓存区用作输出缓存区，FPGA10可从所述输出缓存区读出数据，此时则会通过读信号SLRD进行传输控制。

下面详细说明本实施例的图像信号的传输系统的主要工作过程。本实施例采用同步方式，即由芯片110输出时钟信号IFCLK作为通信过程中的同步时钟。首先，FPGA10采集由图像采集板传输的数字图像信号，并将图像信号缓存在其SRAM中。然后，FPGA10通过FIFOADR[1：0]信号选择缓存区，例如选择缓存区EP6，则该传输过程中EP6被设置为输入缓存区，此时FLAGB用于标识EP6的满状态，若FPGA10检测到FLAGB没有被置为高电平，也就是说，FLAGB标识EP6未满时，FPGA10可将写信号SLWR置为有效，并在每个IFCLK的上升沿时，将缓存在SRAM中的图像信号数据写入EP6，同时缓存区写指针递增，以便下一个数据的写入。当写入EP6的字节数等于预先设定的数据包的字节数时，芯片110将已经被写入的数据形成一个数据包，并通过芯片110内置的USB2.0接口模块将该数据包传输到计算机12。当FPGA10需要传输的数据字节数小于预设数据包字节数时，在写入所述需要传输的数据之后，FPGA10发送PKTEND信号，当芯片110接收到PKTEND信号时，无论此时EP6中缓存的数据的字节数是否达到预先设定的数据包的字节数，都将EP6中缓存的数据形成一个数据包，并通过USB2.0接口模块传输到计算机12。在FPGA10向芯片110的缓存区写入数据时，若检测到FLAGB被置为高电平，也就是说，FLAGB标识EP6已满时，则停止向EP6写入数据，此时可通过FIFOADR[1：0]信号选择其他缓存区进行数据传输，传输过程与上述选择EP6缓存区的过程相同，在此不再赘述。计算机12接收芯片110通过USB2.0接口模块传输的图像信号之后，可以通过图像处理软件对接收到的图像信号进行分析和处理，从而判断强力输送带内部钢绳锈蚀、断裂以及接头伸长等情况，并在上述情况超过正常标准时发出报警信号。

本发明提供的图像信号的传输系统，采用高速FPGA作为传输系统的核心，克服了采用传统单板机带来的数据传输速率较低的缺陷，同时采用具有多个大缓存区以及USB2.0数据传输通道的EZ-USB FX2芯片，由于USB2.0相比传统的串/并口具有较高的数据传输速率，因此进一步保证了图像信号的传输速率以及传输的实时性。此外，本实施例提供的图像信号的传输系统结构简单、体积小、成本低、应用方便，而且使得系统稳定性和抗干扰性也有所改善。

为了证明本发明提供的图像信号的传输系统提高了数据传输速率，在计算机上使用应用测试软件对所述系统进行测试。测试过程如下：首先将60k字节数据由计算机传输到FPGA10的SRAM，再将所述数据由FPGA10的SRAM传输回计算机，然后将传输回的数据与原数据进行比较，一方面测试所述系统的传输可靠性，另一方面测试所述系统的传输速度，整个传输过程由FPGA10进行控制。测试的结果表明，本实施例提供的图像信号的传输系统将FPGA10作为主控制器，配合EZ-USB FX2芯片110作为数据传输通道，并通过USB2.0接口与计算机12连接以进行数据传输，所述系统传输回的数据完全正确，并且传输速度大约为20MByte/s，将此高速传输信号的方法应用于强力输送带故障诊断系统中，能够克服现有故障诊断系统的缺陷，从而满足煤矿工程实践的要求，具有很大的应用价值。

图5为本发明实施例提供的图像信号的传输方法的流程图，本实施例提供的图像信号的传输方法可以通过本发明任意实施例提供的图像信号的传输系统实现。如图5所示，该方法具体包括：

步骤20、FPGA接收并缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块；

步骤21、所述传输通道模块对所述FPGA发送的图像信号进行缓存；所述传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存所述FPGA发送的所述图像信号，并在所述FPGA的控制下，向计算机输出所缓存的图像信号；

步骤22、所述计算机对所述图像信号进行检测。

具体地，所述传输通道模块可以为EZ-USB FX2芯片，且所述EZ-USBFX2芯片被设置为从动工作模式。

具体地，所述FPGA通过包括的SRAM缓存所述图像信号。

本实施例提供的图像信号的传输方法可以参考上述各系统实施例的实现方法，此处不再赘述。

本发明提供的图像信号的传输方法，采用高速FPGA作为核心，克服了采用传统单板机带来的数据传输速率较低的缺陷，提高了图像信号的传输速率，保证了图像信号传输的实时性，从而为实时故障诊断提供了保障。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种图像信号的传输系统，其特征在于，包括：

用于缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块的现场可编程门阵列FPGA；

用于对所述FPGA发送的图像信号进行缓存的所述传输通道模块，所述传输通道模块分别连接所述FPGA和计算机；所述传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存所述FPGA发送的所述图像信号，并在所述FPGA的控制下，向所述计算机输出所缓存的图像信号；

用于对所述图像信号进行检测的所述计算机。

2.根据权利要求1所述的图像信号的传输系统，其特征在于，所述传输通道模块具体为EZ-USB FX2芯片，且所述EZ-USB FX2芯片被设置为从动工作模式。

3.根据权利要求1或2所述的图像信号的传输系统，其特征在于，所述FPGA中包括静态随机存储器SRAM。

4.一种图像信号的传输方法，其特征在于，包括：

FPGA接收并缓存采集到的图像信号，并将所述图像信号发送至传输通道模块；

所述传输通道模块对所述FPGA发送的图像信号进行缓存；所述传输通道模块包括多个缓存区，各缓存区设置有满状态标志位，在所述满状态标志位标识对应的缓存区未满时，接收并缓存所述FPGA发送的所述图像信号，并在所述FPGA的控制下，向计算机输出所缓存的图像信号；

所述计算机对所述图像信号进行检测。

5.根据权利要求4所述的图像信号的传输方法，其特征在于，所述传输通道模块具体为EZ-USB FX2芯片，且所述EZ-USB FX2芯片被设置为从动工作模式。

6.根据权利要求4或5所述的图像信号的传输方法，其特征在于，所述FPGA通过包括的SRAM缓存所述图像信号。