CN105163064A - 一种嵌入式网络视频数据采集传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式网络视频数据采集传输系统及方法，该系统包括数据采集模块、数据发送预处理模块、网络传输模块、数据接收预处理模块、数据显示模块和数据存储模块，所述数据采集模块将采集的数据发送到数据存储模块，数据发送预处理模块读取并处理数据处理模块的数据，并将处理结果通过网络传输模块发送到数据接收预处理模块，数据接收预处理模块将处理后的数据发送到数据存储模块并通过数据显示模块显示，实现系统的数字化，节省缆线，大大降低了开发与应用成本。
Description
技术领域
本发明属于多媒体业务通信网络领域，涉及异构网络端到端QoS保障方法。
背景技术
现代网络通信技术的发展对数据传输有着越来越高的要求，目前应用的数据采集系统可同时采集成千上百个参量的实时数据，如何对庞大的数据量进行实时处理以及高速实时地传输成为了其中的技术关键。目前典型的视频采集和传输方法有：1)基于单片机的视频数据采集方法：采用模/数(A/D)、数/模(D/A)转换芯片，单片机和专用串行通信芯片完成数据的采集和串行传输；2)基于DSP视频数据采集方法：采用专用数字处理芯片和通用串行总线USB接口完成数据采集。上述两种方法虽然能够实现视频数据采集传输，但受单片机和专用串行通信芯片的限制，无法完成速率较高的信息速率的高速传输。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种嵌入式网络视频数据采集和传输方法，通过由VerilogHDL语言描述图像采集和处理模块全部硬件并予以实现，充分发挥FPGA并行处理的优势，从而提高数据采集速率；采用总线模式从而使软件与硬件协同工作，提高了处理速度，也利于软硬件的升级与优化；以数字化的通信方式实现视频图像采集以及数据传输，同时节省缆线，降低了开发成本。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种嵌入式网络视频数据采集传输系统，该系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据发送预处理模块、数据接收预处理模块、网络传输模块和视频数据显示模块，所述数据采集模块将采集的数据发送到数据存储模块，数据发送预处理模块读取并处理数据存储模块的数据，并将处理结果通过网络传输模块发送到数据接收预处理模块，数据接收预处理模块将处理后的数据发送到数据存储模块并通过数据显示模块显示。所述数据采集模块包括摄像头、时钟匹配单元。所述数据发送预处理模块包括数据转换单元、数据包读出单元、包FIFO单元、异步FIFO单元和数据发送单元。所述网络传输模块包括主机发送单元和从机接收单元。所述视频显示模块包括VGA显示屏。
一种嵌入式网络视频数据采集传输方法，包括以下步骤：步骤一、数据采集模块采集图像数据，时钟匹配单元将摄像头传出的速率从25MHz转换为转为50MHz，数据转换单元将从摄像头采集转存到数据存储模块的数据从8bit一帧转换成16bit一帧；步骤二、数据发送预处理模块从数据存储模块读取数据进行打包处理再经由网络发送到数据接收预处理模块；步骤三、数据接收预处理模块处理接收的数据，得到一个完整的行信号数据传送到数据显示模块。所述步骤二包括以下步骤：步骤a，异步FIFO将数据采集模块时钟转化为系统时钟域，采用按行送入的方式读入数据；步骤b，在数据中加入相关描述，进行打包操作；步骤c，包FIFO读入并存储数据包，将数据打包成UPD包，送到发送模块传输。所述步骤三数据转换模块把接收到的数据进行位转换后送入RM_RX模块，经过异步FIFO处理，将数据打包送入包FIFO；以后进入数据弹出(pop)模块得到8bit的数据(data)和数据使能信号，之后送入解码模块，得到包里面行信号；将处理后的数据送入另外一个包FIFO，处理得到一个完整的行信号数据传送到VGA接收端。
本发明有益效果是:(1)图像采集和图像处理模块全部由VerilogHDL语言描述硬件并实现，利用了FPGA并行处理的优势，提高了数据采集速率；(2)系统利用总线模式实现了软件与硬件协同工作，提高了处理速度并方便了软硬件的升级与优化；(3)从摄像头视频图像采集，再到数据传输都采用了数字化的通信方式，实现系统的数字化，节省缆线，大大降低了开发与应用成本。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的整体框架。
图2是本发明的具体实施方式的数据发送模块内部结构图；
图3是本发明的具体实施方式的主机与数据接口示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
下面结合附图1详细说明本发明的优先实施方式：一种嵌入式网络视频数据采集传输系统，该系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据发送预处理模块、数据接收预处理模块、网络传输模块和视频数据显示模块，所述数据采集模块将采集的数据发送到数据存储模块，数据发送预处理模块读取并处理数据存储模块的数据，并将处理结果通过网络传输模块发送到数据接收预处理模块，数据接收预处理模块将处理后的数据发送到数据存储模块并通过数据显示模块显示。所述数据采集模块包括摄像头、时钟匹配单元。所述数据发送预处理模块包括数据转换单元、数据包读出单元、包FIFO单元、异步FIFO单元和数据发送单元。所述网络传输模块包括主机发送单元和从机接收单元。所述视频显示模块包括VGA显示屏。
一种嵌入式网络视频数据采集传输方法，包括以下步骤：步骤一、数据采集模块采集图像数据，时钟匹配单元将摄像头传出的速率从25MHz转换为转为50MHz，数据转换单元将从摄像头采集转存到数据存储模块的数据从8bit一帧转换成16bit一帧；步骤二、数据发送预处理模块从数据存储模块读取数据进行打包处理再经由网络发送到数据接收预处理模块；步骤三、数据接收预处理模块处理接收的数据，得到一个完整的行信号数据传送到数据显示模块。所述步骤二包括以下步骤：步骤a，异步FIFO将数据采集模块时钟转化为系统时钟域，采用按行送入的方式读入数据；步骤b，在数据中加入相关描述，进行打包操作；步骤c，包FIFO读入并存储数据包，将数据打包成UPD包，送到发送模块传输。所述步骤三数据转换模块把接收到的数据进行位转换后送入RM_RX模块，经过异步FIFO处理，将数据打包送入包FIFO；以后进入数据弹出(pop)模块得到8bit的数据(data)和数据使能信号，之后送入解码模块，得到包里面行信号；将处理后的数据送入另外一个包FIFO，处理得到一个完整的行信号数据传送到VGA接收端。
1.1摄像头采集视频数据模块
在使用摄像头采集图像数据时主要解决的是时钟匹配和数据转换两大问题。数据采集仅仅指对视频数据进行采集，数据转换单元是在进行视频数据存储和将SDRAM中的数据读出时将数据位数进行8到16位转换。
1.1.1时钟匹配
在时钟匹配模块主要将摄像头传出的速率从25MHz转为50MHz，达到与系统主时钟一致。在设计中使用PLL(Phaselockloop锁相环)实现倍频，减少逻辑资源的利用率，提高转换速率。
1.1.2数据转换
使用Verilog硬件描述语言对SCCB进行初始化，将从摄像头采集再转存到SDRAM的数据从8bit一帧转换成16bit一帧，以便于存入FIFO模块，达到高度匹配兼容性。
2.1数据存储模块(SDRAM)
本模块主要对SDRAM进行模式配置及初始化操作。SDRAM模块必须配置正确的上电逻辑以及模式设置才能够进入期望的工作模式。而且必须要先激活相应的存储块和锁定对应的行列地址，才可以进行特定的逻辑单元的访问。另外，为了保证存入的数据不丢失必须要有定时的刷新逻辑。
3.1FPGA数据收发模块
3.1.1数据发送
本模块是利用FPGA1号板将数据从SDRAM读取进行打包处理再经由网络发送到FPGA2号板。结构框图如图2，具体工作流程如下：
(1)异步FIFO将数据采集模块时钟转化为系统时钟域，采用按行送入的方式读入数据；
(2)在数据中加入相关描述，进行打包操作；
(3)包FIFO读入并存储数据包，将数据打包成UPD包，送到发送模块传输；
3.1.2数据接收
数据转换模块把接收到的数据进行位转换后送入RM_RX模块，经过异步FIFO处理，将数据打包送入包FIFO；以后进入数据弹出(pop)模块得到8bit的数据(data)和数据使能信号，之后送入解码模块，得到包里面行信号；将处理后的数据送入另外一个包FIFO，处理得到一个完整的行信号数据传送到VGA接收端。
2.4网络传输模块
本模块主要实现将主机采集到的数据经过网络发送到从机，网络传输模块包括主机发送与从机接收两部分。网络传输模块的主机发送单元和从机接收单元和数据接收预处理模块、数据发送预处理模块的区别在于：数据预处理是对采集到的原始数据经过相应处理后交给网络传输模块，网络传输模块仅在于实现数据从主机发送到正确的目的从机。
2.4.1主机发送模块
主机发送模块内部结构如图3：主机在接收到数据包进行简单解包操作(即保留其中的源地址SA(SourceAddress)和Type)后，再将数据包直接送入由CPU控制的包FIFO；CPU完成数据处理后将ACK包回发给从机，并且发送Send_en和目的地址DA(DestinationAddress)到Encap,从而控制主机是否与对应从机进行通信。
2.4.2从机接收模块
从机接收模块与上述发送模块内部结构相似，区别在于从机的CPU不需要对DA、SA进行处理。因为主机地址固定，其发出的ACK信号在网络中以广播形式进行传播。如果从机的Decap检测到与自身一致的DA，则通过分辨Type来进行控制数据包的流向，使之送入到正确的包FIFO。
2.5图像显示模块
本模块采用VGA进行视频图像显示。采用了Verilog语言实现快速读取SDRAM，实现了图像全屏显示，同时也扩大了数据存储容量。
在同样的实验环境下，将本发明实验结果与USB总线的高速视频采集系统进行比较，可以看出：本发明提供的方法每秒中传输的图片帧数较多，传输的速率相对较快。同样，将本发明实验结果与基于RocketI/O的视频数据采集系统进行比较，可以看出：本发明提供的方法漏帧的机率低，不会出现假同步。并且本发明的刷新速率相对较快，显示视频流畅。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种嵌入式网络视频数据采集传输系统，其特征在于，该系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据发送预处理模块、数据接收预处理模块、网络传输模块和视频数据显示模块，所述数据采集模块将采集的数据发送到数据存储模块，数据发送预处理模块读取并处理数据存储模块的数据，并将处理结果通过网络传输模块发送到数据接收预处理模块，数据接收预处理模块将处理后的数据发送到数据存储模块并通过数据显示模块显示。
2.根据权利要求1所述的嵌入式网络视频数据采集传输系统，其特征在于，数据采集模块包括摄像头、时钟匹配单元。
3.根据权利要求1所述的嵌入式网络视频数据采集传输系统，其特征在于，数据发送预处理模块包括数据转换单元、数据包读出单元、包FIFO单元、异步FIFO单元和数据发送单元。
4.根据权利要求1所述的嵌入式网络视频数据采集传输系统，其特征在于，所述网络传输模块包括主机发送单元和从机接收单元。
5.根据权利要求1所述的嵌入式网络视频数据采集传输系统，其特征在于：所述视频显示模块包括VGA显示屏。
6.一种嵌入式网络视频数据采集传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、数据采集模块采集图像数据，时钟匹配单元将摄像头传出的速率从25MHz转换为转为50MHz，数据转换单元将从摄像头采集转存到数据存储模块的数据从8bit一帧转换成16bit一帧；
步骤二、数据发送预处理模块从数据存储模块读取数据进行打包处理再经由网络发送到数据接收预处理模块；
步骤三、数据接收预处理模块处理接收的数据，得到一个完整的行信号数据传送到数据显示模块。
7.根据权利要求6所述的嵌入式网络视频数据采集传输方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：
步骤a，异步FIFO将数据采集模块时钟转化为系统时钟域，采用按行送入的方式读入数据；
步骤b，在数据中加入相关描述，进行打包操作；
步骤c，包FIFO读入并存储数据包，将数据打包成UPD包，送到发送模块传输。
8.根据权利要求6所述的嵌入式网络视频数据采集传输方法，其特征在于，所述步骤三数据转换模块把接收到的数据进行位转换后送入RM_RX模块，经过异步FIFO处理，将数据打包送入包FIFO；以后进入数据弹出(pop)模块得到8bit的数据(data)和数据使能信号，之后送入解码模块，得到包里面行信号；将处理后的数据送入另外一个包FIFO，处理得到一个完整的行信号数据传送到VGA接收端。
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