CN105847739A

CN105847739A - 一种小型化高速实时图像采编与存储装置

Info

Publication number: CN105847739A
Application number: CN201510020454.XA
Authority: CN
Inventors: 孙海波; 王晓斌; 吴瑞斌; 邱伟; 师培峰
Original assignee: Beijing Institute of Structure and Environment Engineering; Tianjin Aerospace Ruilai Technology Co Ltd; Beijing Aerostandard Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Institute of Structure and Environment Engineering; Tianjin Aerospace Ruilai Technology Co Ltd; Beijing Aerostandard Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-08-10

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种小型化高速实时图像采编与存储装置，目的是解决现有高速相机记录的图像时间较短，且存在体积庞大、结构复杂、可靠性低的问题。其特征在于，包括图像采编单元和数据存储单元；图像采编单元的输入端与相机连接，输出端通过LVDS数据线与数据存储单元的输入端连接；数据存储单元的输出端与上位机连接。本发明采用单块SATA接口固态硬盘进行存储，平均存储速度可达90MB/s，可实现分辨率为644x484、帧率为240帧/s的长达60分钟的图像存储。与以往图像采集存储设备相比，该图像采编与存储装置具有存储速度快、数据下载速度快、体积小、功耗低、抗冲击、抗震动等特点。

Description

一种小型化高速实时图像采编与存储装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种小型化高速实时图像采编与存储装置。

背景技术

近年来，在某些飞行器飞行试验中，需要对高速图像进行长时间采集与存储，同时要求设备小型化、低功耗，并能够适应高冲击与振动环境。但是随着高速相机的帧频不断提高，其输出的数据量也不断增大，给高速图像的传输和存储带来很大挑战。

目前大多数高速相机采用Camera Link接口，常用的高速图像采集方法是先将图像存储至高速相机或计算机内部的大缓存，然后再将缓存中的图像记录至计算机硬盘中，但是由于缓存容量的限制，这种方式只能记录很短时间的图像。高速图像实时无损记录存储回放装置(专利号CN 102098562B)，可以达到很高的存储带宽，但是体积庞大、结构复杂，依然依赖于计算机，无法实现小型化、低功耗以及抗震动、抗冲击的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有高速相机记录的图像时间较短，且存在体积庞大、结构复杂、可靠性低的问题，提供了一种能将Camera Link接口高速相机输出的图像进行长时间高速实时采集、编码与存储，事后可通过千兆以太网接口将数据上传至计算机，并且小型化、低功耗、能够适应高冲击与振动环境的小型化高速实时图像采编与存储装置。

本发明是这样实现的：

一种小型化高速实时图像采编与存储装置，包括图像采编单元和数据存储单元；图像采编单元的输入端与相机连接，输出端通过LVDS数据线与数据存储单元的输入端连接；数据存储单元的输出端与上位机连接。

如上所述的图像采编单元包括Camera Link接口模块、图像编码模块和LVDS数据发送模块；Camera Link接口模块的输入端与相机连接，输出端与图像编码模块的输入端连接；图像编码模块的输出端与LVDS数据发送模块的输入端连接；LVDS数据发送模块的输入端与数据存储单元的输入端连接。

如上所述的图像采编单元采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现。

如上所述的数据存储单元包括核心处理芯片、Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、SATA接口固态硬盘、千兆以太网接口和备用通信端口；核心处理芯片与图像采编单元的输出端连接，千兆以太网接口和备用通信端口分别与上位机连接；Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、千兆以太网接口和备用通信端口分别连接在核心处理芯片的外部；转接芯片还与SATA接口固态硬盘连接。

如上所述的核心处理芯片采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现；Flash配置芯片采用WINBOND公司生产的W25Q64BVF芯片实现；第一缓存芯片和第二缓存芯片均采用MICRON公司生产的MT41J64M16型DDR3SDRAM芯片实现；转接芯片采用JMH330S芯片实现；SATA接口固态硬盘采用三星公司生产的840PRO硬盘实现；千兆以太网接口采用RJ45接口和MARVELL公司生产的88E1111芯片共同实现；备用通信端口采用RS422接口实现。

本发明的有益效果是：

本发明包括图像采编单元和数据存储单元。本发明采用单块SATA接口固态硬盘进行存储，平均存储速度可达90MB/s，可实现分辨率为644x484、帧率为240帧/s的长达60分钟的图像存储。与以往图像采集存储设备相比，该图像采编与存储装置具有存储速度快、数据下载速度快、体积小、功耗低、抗冲击、抗震动等特点，可应用于航空、航天等高速、高可靠性要求的图像记录领域，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种小型化高速实时图像采编与存储装置的结构图；

图2是本发明一种小型化高速实时图像采编与存储装置的图像采编单元的结构图；

图3是本发明一种小型化高速实时图像采编与存储装置的数据存储单元的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，一种小型化高速实时图像采编与存储装置，包括图像采编单元和数据存储单元。图像采编单元的输入端与相机连接，输出端通过LVDS数据线与数据存储单元的输入端连接。数据存储单元的输出端与上位机连接。图像采编单元用于采集相机发送的图像数据，将图像数据转换为数据存储单元识别的数据格式，随后将数据发送给数据存储单元。数据存储单元接收图像采编单元发送的图像数据，将数据进行存储，随后将存储后的数据发送给上位机。

如图2所示，图像采编单元包括Camera Link接口模块、图像编码模块和LVDS数据发送模块。Camera Link接口模块的输入端与相机连接，输出端与图像编码模块的输入端连接。图像编码模块的输出端与LVDS数据发送模块的输入端连接。LVDS数据发送模块的输入端与数据存储单元的输入端连接。CameraLink接口模块接收相机输出的LVDS高速串行图像数据信号，将LVDS高速串行图像数据信号转换为并行图像数据信号，将并行图像数据信号发送给图像编码模块。图像编码模块接收Camera Link接口模块发送的并行图像数据信号，对并行图像数据信号进行图像帧编码和数据帧编码，用于匹配数据存储单元的数据格式，并方便事后对图像进行恢复，将编码后的数据信号发送给LVDS数据发送模块。LVDS数据发送模块接收图像编码模块发送的编码后的数据信号，将编码后的数据信号串行化，将串行化后的编码后数据信号发送给数据存储单元。

在本实施例中，图像采编单元采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现。

如图3所示，数据存储单元包括核心处理芯片、Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、SATA接口固态硬盘、千兆以太网接口和备用通信端口。核心处理芯片与图像采编单元的输出端连接，千兆以太网接口和备用通信端口分别与上位机连接。Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、千兆以太网接口和备用通信端口分别连接在核心处理芯片的外部。转接芯片还与SATA接口固态硬盘连接。核心处理芯片从Flash配置芯片中加载并启动，进入工作状态。核心处理芯片通过千兆以太网接口和备用通信端口分别与上位机连接，可接收上位机发出的数据存储指令和数据下载指令。当数据存储时，核心处理芯片接收图像采编单元发送的串行化后的编码后数据信号，将该信号转换为并行数据信号，将并行数据信号缓存至第一缓存芯片。核心处理芯片读取第一缓存芯片中的并行数据信号，将并行数据信号发送给转接芯片。转接芯片接收核心处理芯片发送的并行数据信号，将并行数据信号写入SATA接口固态硬盘。数据下载时，转接芯片读取SATA接口固态硬盘中的并行数据信号，将并行数据信号发送给核心处理芯片。核心处理芯片内部实现Microblaze软核，使用第二缓存芯片作为Microblaze软核的程序和数据执行空间，运行TCP协议并接收上位机发出的指令信号。核心处理芯片根据数据发送指令信号将并行数据信号按照TCP协议发送给千兆以太网接口。千兆以太网接口接收核心处理芯片发送的并行数据信号，并将并行数据信号发送给上位机。当千兆以太网接口工作状态异常时，核心处理芯片将并行数据信号发送给备用通信端口。备用通信端口接收核心处理芯片发送的并行数据信号，将并行数据信号发送给上位机。

在本实施例中，核心处理芯片采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现；Flash配置芯片采用WINBOND公司生产的W25Q64BVF芯片实现；第一缓存芯片和第二缓存芯片均采用MICRON公司生产的MT41J64M16型DDR3SDRAM芯片实现；转接芯片采用JMH330S芯片实现；SATA接口固态硬盘采用三星公司生产的840PRO硬盘实现；千兆以太网接口采用RJ45接口和MARVELL公司生产的88E1111芯片共同实现；备用通信端口采用RS422接口实现。

本发明包括图像采编单元和数据存储单元。本发明存储速度快，存储容量大。采用单块SATA接口固态硬盘进行存储，平均存储速度可达90MB/s。最高可采用512G容量的固态硬盘，可以实现更长时间高速大容量图像采编和存储。

充分利用FPGA内部资源，降低成本、体积和功耗。由FPGA直接实现CameraLink接口，无需采用专用的Camera Link接口芯片，降低了体积、成本和功耗。图像采编单元和数据存储单元之间采用两对LVDS数据线传输数据，接口速度高，连线简单，通用性强。

数据下载速度快。数据存储单元部分采用千兆以太网接口和上位机通讯，并采用TCP协议作为数据通讯协议，平均下载速度为24MB/s，适用性强，可靠性高。

体积小，功耗低。图像采编单元由一块2.5寸大小的电路板组成，数据存储单元均由一块2.5寸大小的电路板和一块2.5寸固态硬盘组成，电路板尺寸和定位孔均与2.5寸固态硬盘一致，使用铜柱将两块电路板和固态硬盘安装在一起，整个装置的外壳尺寸仅为110mm×80mm×40mm，数据存储时功耗为5.2瓦。

抗冲击，抗震动，具有掉电保护功能，可靠性高。固态硬盘本身具有抗冲击，抗震动等优点，且固态硬盘与电路板的SATA接口之间采用低噪声差分电缆直接焊接，提高了抗震性能。

Claims

1.一种小型化高速实时图像采编与存储装置，其特征在于：它包括图像采编单元和数据存储单元；图像采编单元的输入端与相机连接，输出端通过LVDS数据线与数据存储单元的输入端连接；数据存储单元的输出端与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的小型化高速实时图像采编与存储装置，其特征在于：所述的图像采编单元包括Camera Link接口模块、图像编码模块和LVDS数据发送模块；Camera Link接口模块的输入端与相机连接，输出端与图像编码模块的输入端连接；图像编码模块的输出端与LVDS数据发送模块的输入端连接；LVDS数据发送模块的输入端与数据存储单元的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的小型化高速实时图像采编与存储装置，其特征在于：所述的图像采编单元采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现。

4.根据权利要求1所述的小型化高速实时图像采编与存储装置，其特征在于：所述的数据存储单元包括核心处理芯片、Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、SATA接口固态硬盘、千兆以太网接口和备用通信端口；核心处理芯片与图像采编单元的输出端连接，千兆以太网接口和备用通信端口分别与上位机连接；Flash配置芯片、第一缓存芯片、第二缓存芯片、转接芯片、千兆以太网接口和备用通信端口分别连接在核心处理芯片的外部；转接芯片还与SATA接口固态硬盘连接。

5.根据权利要求4所述的小型化高速实时图像采编与存储装置，其特征在于：所述的核心处理芯片采用XILINX公司制造的XC6SLX45T型FPGA实现；Flash配置芯片采用WINBOND公司生产的W25Q64BVF芯片实现；第一缓存芯片和第二缓存芯片均采用MICRON公司生产的MT41J64M16型DDR3 SDRAM芯片实现；转接芯片采用JMH330S芯片实现；SATA接口固态硬盘采用三星公司生产的840PRO硬盘实现；千兆以太网接口采用RJ45接口和MARVELL公司生产的88E1111芯片共同实现；备用通信端口采用RS422接口实现。