CN104796652B - 一种基于srio传输视频帧的数据传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于SRIO传输视频帧的数据传输方法和装置。该方法包括：通过SRIO接口将处理器A采集的一帧视频数据写入到处理器B的存储器接口缓冲区的第一环形buffer中；按照帧信息字段的顺序，依次写入各个字段信息到处理器B的存储器接口缓冲区的第二环形buffer的写地址单元中；处理器A发送中断消息通知处理器B；并更新本地传输头信息缓冲区结构；处理器B响应所述中断消息，从第二环形buffer的读指针取出帧信息并对帧信息进行检查；将接收到的帧视频数据的帧视频传输头信息拷贝到处理器B本地存储器，同时更新本地的Frame No，本地的Frame No表示将要处理帧的Frame No。

Description

一种基于SRIO传输视频帧的数据传输方法和装置

技术领域

本发明属于图像处理领域，特别是涉及到使用SRIO接口传输视频帧的一种处理器间的接口方法和装置。

背景技术

SRIO(Serial RapidIO)高速串行接口是新一代高速互联技术，广泛应用于面向高性能微处理器及系统互连接口，可以实现从1Gbps到60Gbps的数据传输性能水平，已于2004年被国际标准化组织(ISO)和国际电工协会(IEC)批准为ISO/IEC DIS 18372标准。SRIO传输数据有两种方式：Direct I/O方式和Message Passing。在高速处理器间传输高清视频数据一般采用Direct I/O方式，这样视频帧传输的发起方可以在不中断接收方处理器的情况下，把视频帧通过SRIO直接写入接收方的接口缓冲区，从而减少处理器之间的交互次数，提高处理器和传输性能。

对于高清视频来说，视频传输速率很高，例如1080P@30fps高清视频帧，一帧原始视频图像大小为3110400字节，传输速率为746.5Mbps。采用多处理器架构，例如DSP+FPGA架构的嵌入式高清编码器的处理器负载相对比较紧张，而用于视频压缩编码运算的处理器的关键是并行和流水线机制。高清视频帧使用SRIO传输的过程中，中断次数越少，则视频帧传输占用的额外负载就越小。

在处理器间的接口设计方法中，常用的方法之一是使用环形接口缓冲区，其读指针和写指针分别由接口两侧的处理器维护，数据计数器则由接口两侧处理器共同维护。为了保证公共数据计数器的访问操作唯一性，需要在接口两侧处理器对公共的数据计数器做互斥访问操作。这种互斥操作在处理器内部一般采用信号量等机制来实现，但是跨越处理器实现公共资源的互斥访问则比较困难或者过于复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于SRIO传输视频帧的接口方法，在接收方使用双环形缓冲区结构、在接口数据的帧信息中引入两个独立的长序号机制，既保证了数据的完整性与访问安全性，又避免了SRIO接口两侧的处理器对共享资源的互斥访问操作，从而使接口两侧的处理器可以完全独立的运行自己的业务。根据此方法设计了相应的装置。

本发明提供了一种基于SRIO传输视频帧的数据传输方法，该方法包括如下步骤：

S1、实时采集高清视频图像数据；

S2、基于SRIO接口，将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据写入第一环形buffer中，将每一帧高清视频图像数据的帧信息依次写入第二环形buffer的写地址中；

S3、当接收到中断消息时，更新本地缓冲区结构，并从第二环形buffer的读指针取出帧信息对已写入的图像信息进行检测；

S4、检测完毕，根据第二环形buffer中的帧信息到第一环形buffer中的地址中读取数据，将高清视频图像数据传输给本地存储设备，并更新本地的Frame No，Frame No表示该帧视频数据的顺序号。

2、优选的，所述每一帧的帧信息包括Frame No、PTS、Frame Length、ImageAddress、CRC、Sequence No共6个字段；其中，PTS表示该帧视频数据的时间戳，FrameLength表示该帧视频数据的字节长度，Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址，CRC为循环冗余校验码，依据前面四个字段的数据计算得出，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致。

优选的，步骤S2中的高清视频图像数据写入的地址由高清视频图像数据中帧信息的Image Address的字段确定，该帧视频数据连续写入；Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址。

优选的，在所述步骤S3中对帧信息进行检查的步骤进一步包括：

S31：检查接收的Frame No和Sequence No是否相同；其中：Frame No表示该帧视频数据的顺序号，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致；

S32：检查接收的传输头信息中的CRC是否正确，如果CRC正确则把本帧视频标记为好帧，否则标记为坏帧；CRC为依据前面四个字段的数据计算得出；

S33：检查将要处理帧的Frame No与接收到的帧头信息中的Frame No是否相等：如果将要处理帧的Frame No小于等于帧头信息中的Frame No，则标识本帧为新接收到的视频帧；

S34：如果新接收到的视频帧是坏帧，则插入最近一帧好帧作为补偿帧；否则直接使用当前好帧进行后续处理。

一种基于SRIO传输视频帧的数据传输装置，该装置包括如下模块：

数据采集模块，用于采集高清视频图像数据；

数据写入单元，用于将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据和每一帧高频视频图像数据的帧信息分别写入第一环形buffer和第二环形buffer的写地址中；

中断消息发送模块，用于向数据写入摸发送中断消息，提示数据写入模块发送数据完毕，开始处理传输数据，并更新本地信息缓冲区结构；

高清视频帧接收模块：处理器B响应所述中断消息的接收，从第二环形buffer的读指针取出帧信息，并将接收到帧视频数据的传输头信息拷贝到处理器B的本地存储器，同时更新本地的Frame No，Frame No表示该帧视频数据的顺序号。

优选的，所述数据写入单元包括

像素点数据写入模块，用于将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据写入第一环形buffer中；

帧信息写入模块，用于将每一帧高频视频图像数据的帧信息依次写入第二环形buffer中。

优选的，所述高清视频图像数据写入的地址由高清视频图像数据中帧信息的Image Address的字段确定，该帧视频数据连续写入；Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址。

优选的，所述帧信息写入模块的所述处理器A的帧信息字段顺序为：Frame No、PTS、Frame Length、Image Address、CRC、Sequence No；其中，PTS表示该帧视频数据的时间戳，Frame Length表示处理器A采集到的该帧视频数据的字节长度，Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址，CRC依据前面四个字段的数据计算得出，SequenceNo为最后写入的该帧视频数据的顺序号。

优选的，还包括帧信息检查模块，其用于执行以下步骤：

S21：检查接收的Frame No和Sequence No是否相同；其中：Frame No表示本次数据包的顺序号，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致；

S22：检查接收的传输消息头中的CRC是否正确，如果CRC正确则把本帧视频标记为好帧，否则标记为坏帧；CRC为依据前面四个字段的数据计算得出；

S23：检查本地存储的将要处理帧的Frame No与接收到的帧信息头中的Frame No是否相等：如果将要处理帧的Frame No小于等于帧信息传输头中的Frame No，则标识本帧为新接收到的视频帧；

S24：如果新接收到的视频帧是坏帧，则插入最近一帧好帧作为补偿帧；否则直接使用当前好帧进行后续处理。

本发明的有益效果如下：

本发明的有益之处在于本发明所述的方法和装置在利用SRIO传输高清视频帧数据时，使用双环形的缓冲区机制，对高清视频数据收发全部以地址进行操作，避免了高清视频数据的二次拷贝；接口中使用两个独立的长序号做传输头完整性校验，并且发送方和接收方独立维护各自的帧信息，不存在跨处理器的资源互斥访问问题，有效降低了设计和实现难度，减少了处理期间的交互次数。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出基于SRIO的高速处理器间硬件连接的示意图

图2示出本发明实施例中数据传输装置中双环形buffer缓冲区示意图；

图3示出基于SRIO传输视频帧的数据传输方法的流程图；

图4示出基于SRIO传输视频帧的数据传输装置的工作流程图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面将通过具体的实施例进一步说明本发明的方案，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，但不限于此。

作为本发明提出的方法和装置的一个应用实例，结合说明书附图详细描述如下：如图1所示，假设SRIO接口两侧的处理器分别是处理器A和处理器B，处理器A是发送方，按照设定的频率采集高清视频图像，每采集完一帧高清图像，就将这帧图像的数据通过SRIO传送处理器B进行处理。处理器B是接收方，接收每帧高清图像数据进行其他的处理。处理器A和处理器B采用SRIO连接，SRIO配置成Direct I/O模式，这样处理器B接收数据时不会影响其正常的工作，接收到处理器A发送来的一帧数据传送完毕的doorbell信号时，再主动对接收到的数据进行查收、处理。

处理器A通过SRIO可以访问处理器B所有外存。所以每次传送数据，直接将数据存储到处理器B的外存中，这部分外存可以称为接口缓冲区。这个缓冲区使用双环形的缓冲区机制，如图2所示。由于每帧高清图像的数据量很大，为了以避免图像数据的多次拷贝并减少风险，处理器B接口缓冲区采用环形Buffer机制，最多可以存放16帧。这样接收到的每帧图像数据16帧后才会被覆盖，给处理器B宽松的处理时间，避免多次拷贝。这个缓冲区分为两块独立的区域，每个区域是一个环形buffer，第一个环形buffer存放每帧图像的像素点数据，第二个环形buffer存放的是每帧图像的帧信息，每一帧的帧信息包括Frame No、PTS、Frame Length、Image Address、CRC、Sequence No共6个字段，具体定义如表1所示。其中的Image Address字段记录的是这帧图像在第一个环形buffer中的存放起始地址，这样的双环形的缓冲区机制使得处理和维护都变得简单、灵活。处理器B只需要对第二个环形buffer中的每一个单元帧信息进行接收处理，当需要得到具体图像数据时，再根据帧信息中的Image Address和Frame Length到第一个环形buffer中的地址中读取数据即可。不必对第一环形buffer进行维护。对于每帧图像数据，处理器A先往第一个环形buffer中写地址传送图像数据，再将这帧的帧信息传送到第二个环形buffer中的单元写地址中，传送完毕，发送doorbell中断通知处理器B可以处理这帧数据了。但是由于SRIO的底层的传送机制，有时doorbell中断的传输比数据传送快，当处理器B接收到doorbell时，传送的数据还没有传送完毕。这时，如果这帧的帧信息还一点没有传送，处理器B等一会再读取不会出错，最糟糕的情况是帧信息已经传送了一些，只是没有传送完毕，帧信息最前面的Frame No已经更新，而其他没有传送完的部分信息没有更新。这时处理器B立刻开始处理，导致出错。针对这种情况设计了处于帧信息块最后的Sequence No，如果Frame No和Sequence No一致，就可以确认数据传送完毕。

表1 视频帧数据帧信息接口定义

如图3所示为高清视频帧SRIO接口传输方法流程图。由于AVS高清编码器使用DSP+FPGA的系统架构，其中DSP硬件连接有256MB的DDR2外存，DSP通过3.125Gbps的SRIO接口和FPGA进行连接和通信。FPGA负责采集高清视频图像、组装成帧，然后通过设置成Direct I/O模式的SRIO发送视频帧到DSP的DDR2外存中，并发送Doorbell通知DSP；DSP收到Doorbell后读取视频帧并完成编码压缩和复用等后续处理。DSP和FPGA之间的应用层SRIO接口使用本发明提出的接口格式，FPGA是处理器A，DSP是处理器B，按照如下的方法步骤S11～S17，在DSP和FPGA之间就可以正确的传输高清视频帧数据了；其具体步骤如下：

S11：接口初始化；SRIO以及处理器A、B设备上电初始化；

S12：高清视频数据写入；SRIO初始化完毕后，处理器A每采集完一帧高清视频数据，立即通过SRIO接口写入到处理器B的外存DDR2接口缓冲区的第一个环形buffer中，写入地址由处理器A的帧信息缓冲区中的Image Address字段确定，视频帧数据连续存放和写入；

S13：帧信息写入；高清视频帧写入完成后，处理器A按照帧信息字段的先后顺序，依次写入各个字段信息到处理器B的外存DDR2接口缓冲区的第二个环形buffer的写地址单元中；其中PTS取当前系统时间，Frame Length取本帧视频数据的实际长度，Image Address取本帧视频数据块起始地址，Frame No和Sequence No取各自的当前值，这两个值一定是完全相同；CRC依据前面四个字段的数据计算得出，Sequence No字段一定要最后写入。

S14：Doorbell中断消息发送；处理器A把帧信息写入完成后，发送Doorbell消息通知处理器B本帧视频数据准备好；然后按照公式(1)更新处理器A的帧信息缓冲区结构：

Frame No＝Frame No+1，

Sequence No＝Sequence No+1， (1)

Image Address＝Image Address+4Mbyte；

S15：高清视频帧接收；处理器B收到Doorbell中断消息后，立即到第二环形buffer的读指针取出帧信息；根据处理器B内部保存的将要处理帧的Frame No进行接收检查，如果没有收到有效视频帧，则直接跳转到步骤S17；

S16：处理器B如果新接收到一帧视频图像，则把本帧视频传输头信息拷贝到本地内存，留待后续处理，同时更新本地的Frame No＝Frame No+1；

S17：重复执行步骤S11～S16，收发和处理多帧高清视频数据，直到该装置被停止服务或者关闭电源。

其中步骤S15中处理器B对帧信息进行检查的方法流程如图4所示：具体步骤如下：

S21：检查接收的Frame No和Sequence No是否相同，如果不相同则延时100us后进入下一步；否则直接进入下一步；

S22：检查接收的传输消息头中的CRC是否正确，如果CRC正确则把本帧视频标记为好帧，否则标记为坏帧；

S23：检查当前内部保存的将要处理帧的Frame No与接收到的帧信息头中的FrameNo是否相等：如果将要处理帧的Frame No小于等于帧信息传输头中的Frame No，则标识本帧为新接收到的视频帧；否则说明本次没有收到有效的新视频帧；

S24：如果新接收到的视频帧是坏帧，则插入最近一帧好帧作为补偿帧；否则直接使用当前好帧进行后续处理。

本申请还提供了一种基于SRIO传输视频帧的接口装置，该装置包括如下模块：接口初始化模块；高清视频数据写入模块；用于处理器A每采集完一帧高清视频数据，将该帧视频数据写入到处理器B的外存DDR2接口缓冲区的第一个环形buffer中；帧信息写入模块；按照帧信息字段的顺序，依次写入各个字段信息到处理器B的外存DDR2接口缓冲区的第二个环形buffer的写地址单元中；Doorbell中断消息发送模块，用于发送Doorbell消息通知处理器B，并更新本地传输头信息缓冲区结构；高清视频帧接收模块：响应Doorbell中断消息的接收，从第二环形buffer的读指针取出帧信息；对帧信息进行检查，如果没有收到有效视频帧，则执行循环处理模块：如果新接收到一帧视频图像，则把本帧视频传输头信息拷贝到B处理器本地内存，留待后续处理，同时更新本地的Frame No，Frame No表示将要接收的下一帧信息中的顺序号；循环处理模块：处理器A的用于重复执行高清视频数据写入模块；传输头信息写入模块；Doorbell中断消息发送模块；处理器B的视频帧接收模块以及丢帧和补帧处理模块；进行收发和处理多帧高清视频数据，直到该接口装置被停止服务或者关闭电源。

高清视频数据写入模块的写入地址由处理器A的帧信息缓冲区中的ImageAddress字段确定，视频帧数据连续存放和写入；Image Address表示处理器A采集到的一帧图像在DDR2中的起始存放地址。所述帧信息写入模块的所述处理器A的帧信息字段先后顺序为：Frame No、PTS、Frame Length、Image Address、CRC、Sequence No；其中，PTS表示处理器A采集当帧图像的时间戳，Frame Length表示处理器A采集到的一帧图像的字节长度，Image Address表示处理器A采集到的一帧图像在DDR2中的起始存放地址，CRC依据前面四个字段的数据计算得出，Sequence No最后写入与本次Frame No一致。在SRIO接口两侧的处理器中，所述处理器A是发送方，所述处理器B是接收方。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于SRIO传输视频帧的数据传输方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、实时采集高清视频图像数据；

S2、基于SRIO接口，将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据写入第一环形buffer中，将每一帧高清视频图像数据的帧信息依次写入第二环形buffer的写地址中；

S3、当接收到中断消息时，更新本地缓冲区结构，并从第二环形buffer的读指针取出帧信息对已写入的图像的帧信息进行检测；

S4、检测完毕，根据第二环形buffer中的帧信息到第一环形buffer中的地址中读取数据，将高清视频图像数据传输给本地存储设备，并更新本地的Frame No，Frame No表示该帧视频数据的顺序号。

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述每一帧的帧信息按照字段顺序包括Frame No、PTS、Frame Length、Image Address、CRC、Sequence No共6个字段；其中，PTS表示该帧视频数据的时间戳，Frame Length表示该帧视频数据的字节长度，Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址，CRC为循环冗余校验码，依据前面四个字段的数据计算得出，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2中的高清视频图像数据写入的地址由高清视频图像数据中帧信息的Image Address的字段确定，该帧视频数据连续写入；ImageAddress表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址。

4.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于：

在所述步骤S3中对帧信息进行检查的步骤进一步包括：

S31：检查接收的Frame No和Sequence No是否相同；其中：Frame No表示该帧视频数据的顺序号，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致；

S32：检查接收的传输头信息中的CRC是否正确，如果CRC正确则把本帧视频标记为好帧，否则标记为坏帧；CRC为依据前面四个字段的数据计算得出；

S33：检查将要处理帧的Frame No与接收到的帧头信息中的Frame No是否相等：如果将要处理帧的Frame No小于等于帧头信息中的Frame No，则标识本帧为新接收到的视频帧；

S34：如果新接收到的视频帧是坏帧，则插入最近一帧好帧作为补偿帧；否则直接使用当前好帧进行后续处理。

5.一种基于SRIO传输视频帧的数据传输装置，其特征在于：该装置包括如下模块：

数据采集模块，用于采集高清视频图像数据；

数据写入单元，用于将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据和每一帧高频视频图像数据的帧信息分别写入第一环形buffer和第二环形buffer的写地址中；

中断消息发送模块，用于向数据写入摸发送中断消息，提示数据写入模块发送数据完毕，开始处理传输数据，并更新本地信息缓冲区结构；

高清视频帧接收模块，响应所述中断消息的接收，从第二环形buffer的读指针取出帧信息，并将接收到帧视频数据的传输头信息拷贝到处理器B的本地存储器，同时更新本地的Frame No，Frame No表示该帧视频数据的顺序号。

6.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于，所述数据写入单元包括

像素点数据写入模块，用于将每一帧的高清视频图像数据的像素点数据写入第一环形buffer中；

帧信息写入模块，用于将每一帧高频视频图像数据的帧信息依次写入第二环形buffer中。

7.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于：

所述高清视频图像数据写入的地址由高清视频图像数据中帧信息的Image Address的字段确定，该帧视频数据连续写入；Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址。

8.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于：

所述帧信息写入模块的所述处理器A的帧信息字段顺序为：Frame No、PTS、FrameLength、Image Address、CRC、Sequence No；其中，PTS表示该帧视频数据的时间戳，FrameLength表示处理器A采集到的该帧视频数据的字节长度，Image Address表示该帧视频数据在存储器中的起始存放地址，CRC依据前面四个字段的数据计算得出，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号。

9.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于：

还包括帧信息检查模块，其用于执行以下步骤：

S21：检查接收的Frame No和Sequence No是否相同；其中：Frame No表示本次数据包的顺序号，Sequence No为最后写入的该帧视频数据的顺序号，其与该帧的Frame No一致；

S22：检查接收的传输消息头中的CRC是否正确，如果CRC正确则把本帧视频标记为好帧，否则标记为坏帧；CRC为依据前面四个字段的数据计算得出；

S23：检查本地存储的将要处理帧的Frame No与接收到的帧信息头中的Frame No是否相等：如果将要处理帧的Frame No小于等于帧信息传输头中的Frame No，则标识本帧为新接收到的视频帧；

S24：如果新接收到的视频帧是坏帧，则插入最近一帧好帧作为补偿帧；否则直接使用当前好帧进行后续处理。