CN109862210B - 多路多谱段串行图像数据的采集接收系统 - Google Patents

多路多谱段串行图像数据的采集接收系统 Download PDF

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CN109862210B CN201910231231.6A CN201910231231A CN109862210B CN 109862210 B CN109862210 B CN 109862210B CN 201910231231 A CN201910231231 A CN 201910231231A CN 109862210 B CN109862210 B CN 109862210B
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Abstract

多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，针对输入的串行数据通道数高于全局时钟引脚的数量的应用，并行数据的伴随时钟经FPGA内的BUFR(区域时钟缓冲器)转换为区域时钟，对输入的图像数据进行帧头检测，并产生有效图像数据的指示信号。采用跨时钟域FIFO进行区域到全局时钟域的转换，采用去消隐FIFO将断续输入的图像数据转换为连续输出的图像数据。针对高速串行传输芯片如2711对时钟抖动要求高问题，采用本地时钟源经时钟分路器提供n+1路的低抖动时钟，分别送入n路接收器和控制器。从时钟分路器直接输出到控制器的时钟作为控制器内的全局时钟，作为跨时钟域FIFO的读时钟和去消隐FIFO的写时钟；全局时钟经DCM产生的Camera Link的参考时钟作为去消隐FIFO的读时钟。

Description

多路多谱段串行图像数据的采集接收系统
技术领域
本发明涉及一种多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，具体涉及一种基于多片TDICMOS探测器的多路多谱段串行图像数据的采集接收系统。
背景技术
针对当今图像数据率越来越高，采用传统的传输方法很难接收海量图像数据，现有高速串行传输芯片如TLK2711对时钟抖动要求很高，要求时钟抖动的峰值不超过40ps。对于数据和发送端，要么使用FPGA内专用的时钟通道资源MRCC和SRCC来传输时钟，要么使用FPGA内部的全局时钟资源来传输时钟且同bank内不能使用其余高速信号以降低SSO(simultaneously switching output)的干扰，资源利用率低，且对电源的供电要求很高。专利《多路高速串行图像数据的传输方法及传输系统》针对输入的串行数据通道数未达到全局时钟引脚的数量的应用，当达到或者高于全局时钟的数量时，无法实施。
发明内容
本发明为解决现有的传输方法难以接收海量图像数据，高速串行传输芯片对时钟抖动要求高，使用FPGA内的时钟资源存在利用率低，且对电源的供电是求高等问题，提供一种多路多谱段串行图像数据的采集接收系统。
多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，包括本地时钟源、时钟分路器、接收器和控制器；所述本地时钟源输出的时钟经时钟分路器分为n+1路的参考时钟，n路参考时钟分别送入n路接收器并转换为伴随时钟；n路高速串行图像数据对应经n路接收器转换为并行数据，所述接收器输出的伴随时钟经控制器内部的区域时钟域的时钟缓冲器转换为区域时钟后，对所述并行数据进行帧头检测，并产生有效图像数据的指示信号，所述指示信号作为跨时钟域FIFO的写使能信号；
所述时钟分路器输出的第n+1路参考时钟输出至控制器内部的全局时钟域作为全局时钟，所述全局时钟作为跨时钟域FIFO的读时钟和去消隐FIFO的写时钟；所述全局时钟经控制器内部DCM产生的Camera Link的参考时钟作为去消隐FIFO的读时钟；
电脑发出控制信号送入控制器进行全色图像数据或多光谱图像数据的输出选择，并选择指定的输出通道；
所述多光谱图像数据的处理过程为：
对2m组非连续的y个100MHz，位宽为p bit的数据进行位宽转换，转换后为2m组非连续的y/2个50MHz，位宽为2p bit的数据，然后经去消隐FIFO转换为单组连续的my个
Figure BDA0002006799120000021
位宽为2p bit的数据；其中p的范围为：8≤p＜14，y为单谱段多光谱的辅助数据和图像数据的总个数，q为全色并行数据的位宽，m为多光谱的谱段数；
所述全色图像数据的处理过程为：
对2组非连续的x个100MHz，位宽为16bit的数据首先经位宽合并变换，转换为2组
Figure BDA0002006799120000022
个
Figure BDA0002006799120000023
位宽为4qbit的数据，再经位宽拆分为2组
Figure BDA0002006799120000024
个
Figure BDA0002006799120000025
位宽为qbit的数据，再经奇偶拆分为2组
Figure BDA0002006799120000026
个
Figure BDA0002006799120000027
位宽为2qbit的数据；然后经位宽合并为1组
Figure BDA0002006799120000028
个
Figure BDA0002006799120000029
位宽为4q bit的数据，最后经去消隐FIFO转换为1组
Figure BDA00020067991200000210
个
Figure BDA00020067991200000211
位宽为4qbit的数据；其中，x为全色的辅助数据和图像数据的总个数。
本发明的有益效果：本发明所述的多路多谱段串行图像数据的采集接收系统可以基于单片FPGA来同时接收多路的图像数据，并根据应用的需要来选择部分通道进行分时存储与实时显示，可大大降低整个系统的体积、重量和功耗；
本发明可以同时在多路的高速数据的辅助数据中提取出每路在每行的摄像时间戳信息，而不需要多组采集卡来进行时间戳信息的提取，降低了工作量，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明所述的多路高速串行图像数据的传输系统系统框图；
图2为两路全色数据的输入格式原理图；
图3为两路全色数据显示排布格式原理图；
图4为两路全色数据的tap接口分配格式原理图；
图5为两路多光谱数据的输入格式原理图；
图6为两路多光谱数据显示排布格式原理图；
图7为两路多光谱数据的tap接口分配格式原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图7说明本实施方式，多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，包括本地时钟源、时钟分路器、接收器、控制器、控制接口电路、数传接口电路、电脑及采集卡组成。本地时钟源输出的时钟经时钟分路器后，分别送入n路接收器和控制器中。n路高速的串行图像数据，经接收器转换为并行数据和伴随时钟后同时送入控制器。接收器输出的伴随时钟经控制器内部的区域时钟缓冲器(BUFR)，转换为区域时钟后，对并行数据进行有效性识别，然后将有效阶段的数据写入跨时钟域FIFO中。时钟分路器直接输出到FPGA的时钟作为FPGA内的全局时钟，作为跨时钟域FIFO的读时钟和去消隐FIFO的写时钟；全局时钟经DCM产生的Camera Link的参考时钟作为去消隐FIFO的读时钟。电脑发出的控制信号，经控制接口电路后送入控制器，进行全色或多光谱图像数据的输出选择，并选择指定的输出通道。
多光谱图像数据的处理流程为：
对2m组非连续的y个100MHz，位宽为p bit的数据进行位宽转换，转换后为2m组非连续的y/2个50MHz，位宽为2p bit的数据，然后经去消隐FIFO转换为单组连续的my个
Figure BDA0002006799120000031
其中8≤p＜14。p为多光谱并行图像数据的位宽，q为全色并行数据的位宽；
采用
Figure BDA0002006799120000032
读出，则多光谱去消隐FIFO需要的容量为：
Figure BDA0002006799120000033
式中ω为多光谱谱段周期内的非有效像素数。也就是需要的FIFO容量为
Figure BDA0002006799120000034
式中y为单谱段多光谱的辅助数据和图像数据的总个数。
全色图像数据的处理流程为：
对2组非连续的x个100MHz 16bit首先经位宽合并变换转换为2组
Figure BDA0002006799120000041
个
Figure BDA0002006799120000042
4qbit，然后经位宽拆分为2组
Figure BDA0002006799120000043
个
Figure BDA0002006799120000044
qbit，然后经奇偶拆分为2组
Figure BDA0002006799120000045
个
Figure BDA0002006799120000046
2qbit(奇偶)，再经位宽合并为1组
Figure BDA0002006799120000047
个
Figure BDA00020067991200000411
4qbit，最后经去消隐FIFO转换为1组
Figure BDA0002006799120000049
个
Figure BDA00020067991200000410
4qbit。式中x为全色的辅助数据和图像数据的总个数。4q为CameraLink的medium配置模式，4tap qbit。
全色图像数据处理中，去消隐FIFO的缓冲量为单组全色周期内的非有效像素数。
本实施方式中接收部分的时钟分路器提供n+1路的低抖动时钟，分别送入n路2711接收芯片和单片FPGA；n为大于0的整数。从时钟分路器输出的第n+1路时钟直接输出到FPGA作为FPGA内的全局时钟，且作为跨时钟域FIFO的读时钟和去消隐FIFO的写时钟；全局时钟经DCM产生的Camera Link的参考时钟作为去消隐FIFO的读时钟。
本实施方式中，控制器中包含区域时钟域和全局时钟域；输入的串行图像数据经TLK2711转换为并行数据后，并行数据的伴随时钟经FPGA内的BUFR(区域时钟缓冲器)转换为区域时钟，对输入的图像数据进行帧头检测，并产生有效图像数据的指示信号，该信号同时作为跨时钟域FIFO的写使能信号。
结合图2至图7说明本实施方式，本实施方式所述的采集接收系统可同时接收n路图像数据，可根据输入的选择编码信号来进行输出多光谱和全色图像数据的选择，同时进行输出通道的选择。输入的两路数据格式如图2所示，对于全色通道，输入的双通道数据共包含四片探测器的图像数据和辅助数据，两片探测器的数据在一个传输通道内交替传输，在每片的数据组成都包含帧头、辅助数据、图像数据、帧尾和同步码；如图5所示，对于多光谱通道，输入的双通道数据共包含四片探测器的m个谱段图像数据和辅助数据，两片探测器的共2m个谱段的数据在一个传输通道内交替传输，在每片的单个谱段数据组成都包含帧头、辅助数据、图像数据、帧尾和同步码。同时输出2路图像数据的显示排布格式如图3所示，对于全色通道，四片探测器的数据都在显示屏的一行中显示，按照探测器序号递增的顺序；每片探测器的数据包含辅助数据和图像数据；如图6所示，对于多光谱通道，四片探测器m个谱段的数据都在显示屏的一行中显示，按照探测器序号和谱段序号递增的顺序；每片探测器的每个谱段数据包含辅助数据和图像数据。对应的Camera Link接口的四个tap信号分布形式如图4所示，对于全色通道，每个tap传送两片探测器的奇数或偶数数据，辅助数据在前，图像数据在后；tap1传送片1和片2的奇数个数据；tap2传送片1和片2的偶数个数据；tap3传送片3和片4的奇数个数据；tap4传送片3和片4的偶数个数据。如图7所示，对于多光谱通道，每个tap传送两片探测器m个谱段的奇数或偶数数据，各谱段按照谱段号递增的顺序，辅助数据在前，图像数据在后；tap1传送片1和片2的奇数个数据；tap2传送片1和片2的偶数个数据；tap3传送片3和片4的奇数个数据；tap4传送片3和片4的偶数个数据。。输出的通道切换方式：输出的时钟及时钟频率不变，输出的行有效和数据内容进行切换。
本实施方式中，控制器采用Xilinx公司的器件XQ5VFX100tff1136；接收器采用TI公司的TLK2711；时钟分路器采用TI公司的多片cdclvc1108；本地时钟源采用武汉海创公司的晶体；控制接口电路采用DS26LV31和DS26LV32芯片；数传接口电路采用DS90CR287SLC；电脑及采集卡组成采用带PCIE接口的台式机和三宝兴业公司的采集卡。

Claims (3)

1.多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，包括本地时钟源、时钟分路器、接收器和控制器；其特征是：
所述本地时钟源输出的时钟经时钟分路器分为n+1路的参考时钟，n路参考时钟分别送入n路接收器并转换为伴随时钟；n路高速串行图像数据对应经n路接收器转换为并行数据，所述接收器输出的伴随时钟经控制器内部的区域时钟域的时钟缓冲器转换为区域时钟后，对所述并行数据进行帧头检测，并产生有效图像数据的指示信号，所述指示信号作为跨时钟域FIFO的写使能信号；
所述时钟分路器输出的第n+1路参考时钟输出至控制器内部的全局时钟域作为全局时钟，所述全局时钟作为跨时钟域FIFO的读时钟和去消隐FIFO的写时钟；所述全局时钟经控制器内部DCM产生的Camera Link的参考时钟作为去消隐FIFO的读时钟；
电脑发出控制信号送入控制器进行全色图像数据或多光谱图像数据的输出选择，并选择指定的输出通道；
所述多光谱图像数据的处理过程为：
对2m组非连续的y个100MHz，位宽为p bit的数据进行位宽转换，转换后为2m组非连续的y/2个50MHz，位宽为2p bit的数据，然后经去消隐FIFO转换为单组连续的my个
Figure FDA0002006799110000011
位宽为2p bit的数据；其中p的范围为：8≤p＜14，y为单谱段多光谱的辅助数据和图像数据的总个数，q为全色并行数据的位宽，m为多光谱的谱段数；
所述全色图像数据的处理过程为：
对2组非连续的x个100MHz，位宽为16bit的数据首先经位宽合并变换，转换为2组
Figure FDA0002006799110000012
个
Figure FDA0002006799110000013
位宽为4qbit的数据，再经位宽拆分为2组
Figure FDA0002006799110000014
个
Figure FDA0002006799110000015
位宽为qbit的数据，再经奇偶拆分为2组
Figure FDA0002006799110000016
个
Figure FDA0002006799110000017
位宽为2qbit的数据；然后经位宽合并为1组
Figure FDA0002006799110000018
个
Figure FDA0002006799110000019
位宽为4q bit的数据，最后经去消隐FIFO转换为1组
Figure FDA0002006799110000021
个
Figure FDA0002006799110000022
位宽为4qbit的数据；其中，x为全色的辅助数据和图像数据的总个数。
2.根据权利要求1所述的多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，其特征在于：采用
Figure FDA0002006799110000023
读出，则多光谱去消隐FIFO需要的容量为：
Figure FDA0002006799110000024
式中ω为多光谱谱段周期内的非有效像素数，即：需要的去消隐FIFO容量为
Figure FDA0002006799110000025
3.根据权利要求1所述的多路多谱段串行图像数据的采集接收系统，其特征在于：还包括控制接口电路和数传接口电路；Camera Link接口的并行数据经数传接口电路转换为Camera Link协议的差分数据，然后通过电脑内采集卡采集数据到电脑中；电脑发出控制信号，经控制接口电路送入控制器进行全色图像数据或多光谱图像数据的输出选择，并选择指定的输出通道。
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