CN111491100B - 一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法 - Google Patents

一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法，包括：1)采用LVDS解码芯片将Cameralink图像数据转换为并口数据；2)采用桥接芯片将并口数据转换为MIPI‑CSI数据；3)对数据进行图像处理后输出为MIPI‑DSI数据；4)采用桥接芯片将MIPI‑DSI数据转换为并口数据；5)采用LVDS编码芯片将并口数据转换为Cameralink图像数据。本发明为在ARM等嵌入式平台上对Cameralink图像数据进行灵活的图像处理提供低功耗、低成本实现方法。目前Cameralink接口向MIPI接口转换仍然是行业痛点，缺乏兼具低功耗、易开发等特点的转换方法，本发明解决了该项难点。

Description

一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法
技术领域
本发明涉及专用图像平台应用领域，尤其涉及一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法。
背景技术
Cameralink协议是一种专门针对机器视觉应用领域的串行通信协议，它使用低压差分信号(LVDS)进行数据的传输和通信。Cameralink接口为Cameralink传输协议物理层中的视频数据接口。视频数据接口主要包括5对差分信号，其中4对为视频数据，1对为同步时钟信号。视频数据部分发送端将28位并行数据信号按照7:1转换为4对差分信号，其中28位并行数据包括24位图像数据和4位视频控制信号。
在军用预警侦察、民用安防领域的便携或手持光电设备通常会使用工业级可见光相机以及红外热像仪等作为图像源，这些图像源往往通过Cameralink接口发送视频信号。这类设备通常采用电池供电，需要根据不同应用场景对视频信号进行相应的图像处理，为了实现较长续航时间，对处理平台的功耗有较高要求。随着嵌入式处理芯片的发展，嵌入式处理平台在性能、功耗以及算法移植方面的优势越来越明显，图像处理软件化成为趋势，在这类设备中采用嵌入式处理平台作为图像处理核心成为主流设计。而嵌入式芯片自身接口类型有一定局限性，目前不少用于图像处理领域的嵌入式芯片已具备MIPI接口，而Cameralink接口向MIPI接口转换仍然是行业痛点，主流的设计思想通常是采用FPGA做接口转换，这种方法在配置MIPI接口的视频参数时硬件编程复杂、成本较高，且FPGA芯片本身功耗较高，在功耗要求苛刻的应用场景下并不合适。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法，可应用于便携或手持光电设备。包括：建立Cameralink转MIPI-CSI转换单元、图像处理单元和MIPI-DSI转Cameralink转换单元；
其中，所述Cameralink转MIPI-CSI转换单元用于，将图像源通过Cameralink接口输入的图像数据转换成MIPI-CSI图像数据；
所述图像处理单元用于，对MIPI-CSI图像数据进行图像处理，再将处理后的图像输出成MIPI-DSI数据；
所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元用于，将MIPI-DSI数据转换成通过Cameralink接口输出的图像数据。
本发明方法首先将Cameralink图像信号经过电路转换成MIPI(Mobile IndustryProcessor Interface移动产业处理器接口，包括显示命令接口DCS、显示总线接口DBI、显示像素接口DPI、相机串行接口CSI、显示串行接口DSI)信号，然后在图像处理单元(核心是嵌入式处理器)中完成特定图像处理，最后再经过电路转换回Cameralink信号。
所述Cameralink接口为Cameralink传输协议物理层中的视频数据接口。CameraLink传输协议是一种专门针对机器视觉领域的通信协议，使用LVDS(低压差分信号)进行传输，视频数据信号是CameraLink的核心，包括5对差分信号，其中4对为数据信号，1对为时钟同步信号。Cameralink接口就是传输Cameralink视频数据信号的接口。
所述Cameralink转MIPI-CSI转换单元依次由低压差分信号LVDS转并行信号Parallel解码模块和并行信号与MIPI-CSI桥接模块串联组成；
其中，所述低压差分信号LVDS转并行信号Parallel解码模块包括LVDS解码芯片，用于将Cameralink差分信号转换为28位并行数据信号，输出信号电压为3.3V，核心是LVDS28位通道解码芯片，一种符合特征的典型型号是DS90CR288A；
所述并行信号与MIPI-CSI桥接模块包括桥接芯片，用于将28位并行数据信号转换为4通道的MIPI-CSI(MIPI-CSI的第二版规范)信号，本发明采用特定的桥接芯片TC358746或TC358748。
所述图像处理单元包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器具有MIPI-CSI输入接口、MIPI-DSI输出接口和IIC通讯接口，一种符合特征的嵌入式处理器型号是RK3399。
所述图像处理单元中的嵌入式处理器首先调用自带的图像信号处理ISP框架抓取MIPI-CSI接口输入的视频流，然后根据使用需求对MIPI-CSI图像数据进行增加UI界面、图像缩放、图像增强和伪彩色显示处理，最后再调用图像信号处理ISP框架将处理后的图像配置为RGB888格式通过MIPI-DSI接口发送。
步骤3中，所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元，依次由MIPI-DSI转Parallel模块和Parallel转LVDS编码模块串联组成；
所述MIPI-DSI转Parallel模块包括MIPI-DSI转RGB芯片，用于将RGB888格式的MIPI-DSI信号转换成RGB888格式的并行信号，MIPI-DSI转RGB芯片型号选用ICN6211；
所述Parallel转LVDS编码模块包括LVDS编码芯片，用于将RGB888格式的并行信号转换成低压差分信号，核心是LVDS 28位通道编码芯片，一种符合特征的典型型号是DS90CR287。
所述TC358746或TC358748芯片，通过所述嵌入式处理器的IIC接口对其进行配置。
所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元用于，将MIPI-DSI数据转换成通过Cameralink接口输出的图像数据，具体包括：
将MIPI-DSI数据接入MIPI转RGB模块中的转换芯片，通过转换芯片将MIPI-DSI数据解码成RGB888并行数据，本发明采用特定的转换芯片ICN6211；
通过MIPI-DSI转Cameralink转换单元中的Parallel转LVDS编码模块，将RGB888并行数据转换成Cameralink图像数据并输出到后端设备，具体为：
将RGB888并行数据按编码器芯片手册中的对应关系接入LVDS 28位通道编码芯片，编码芯片转换后输出的图像数据为高速串行Cameralink数据。
本发明将Cameralink图像源转换成MIPI-CSI信号，在嵌入式处理器进行图像处理，将处理完信号转换回Cameralink信号。
所述嵌入式处理器通过IIC通讯接口设置桥接芯片内部寄存器的值。由于CameraLink没有固定的通信规范，在传输时序和定义上存在差异，造成不同设备的接口兼容性不高。通过所述设置寄存器的值，对于各种不同分辨率和帧率的Cameralink图像源，嵌入式处理器能够读取转换后的MIPI-CSI信号。
所述嵌入式处理器通过IIC通讯接口设置转换芯片内部寄存器的值。由于CameraLink没有固定的通信规范，在传输时序和定义上存在差异，造成不同设备的接口兼容性不高。通过所述设置寄存器的值，能够将嵌入式处理器发送的MIPI-DSI信号转换为后端设备能够识别的Cameralink信号。
本发明在信号转换过程间接增加一级并行信号，解决了传统方法通过FPGA(现场可编程门阵列)编程进行cameralink信号向MIPI-CSI信号直接转换功耗高且协议需要自行开发的难题。
有益效果：本发明提供一种通过Cameralink接口与MIPI接口互转实现图像处理的低功耗方法，该方法以实现Cameralink接口与MIPI接口互转为基础，采用嵌入式芯片完成MIPI接口的配置；嵌入式芯片中的ISP框架在进行接口转换时能够适应不同图像源发送的多种格式的视频信号，并能够将其转换为特定帧频和分辨率的视频输出。本发明提出的方法具备明显的功耗和成本优势，工程实现难度较低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是根据本发明方法的流程示意图。
图2为Cameralink协议传输信号与视频信号的对应关系示意图。
图3为Cameralink转MIPI-CSI转换单元和图像处理单元的实现结构示意图。
图4是MIPI-DSI转Cameralink转换单元的实现结构示意图。
具体实施方式
结合图1所示，根据本发明的实施例，一种通过Cameralink接口与MIPI接口互转实现图像处理的低功耗方法包括以下步骤：
1、Cameralink to MIPI-CSI转换
步骤1，通过Cameralink转MIPI-CSI转换单元，将图像源通过Cameralink接口输入的图像数据转换成MIPI-CSI图像数据，具体为：
图像源通过Cameralink接口输入的图像数据为高速串行数据，包括5对差分信号线，其中4对为视频数据线，1对为同步时钟信号。通过LVDS 28位通道接收解码器(典型芯片DS90CR288A)将解码为1.8V或者3.3V的并行数据，其中，其中28位并行数据包括24位图像数据和4位视频控制信号。
步骤2，通过Cameralink转MIPI-CSI转换单元中的并行信号与MIPI-CSI桥接模块，将并行数据(中间数据)转换成MIPI-CSI图像数据，具体为：
目前适用的桥接芯片为东芝TC358746或TC358748，芯片数据接口分别为MIPI-CSI2接口和并行接口，配置接口为IIC或SPI，通过设置桥接芯片的MSEL和CS管脚电平可将其设置为适用于本发明的Parallel to Mipi-CSI2 TX模式及IIC接口配置模式。并行接口包括24位数据、行有效、场有效信号，可以接入1.8V或者3.3V的并行信号。图2展示了Cameralink协议传输信号与视频信号定义的对应关系，将转换后的并行数据(中间数据)按照对应关系接入桥接芯片的Parallel端口，并行数据中的TX/RX26为数据有效信号，桥接芯片中无对接信号，悬空即可；再根据接入图像的行场时序，由图像处理单元中的嵌入式处理器通过IIC接口完成桥接芯片中的寄存器配置。
2、图像处理
调用嵌入式芯片的ISP框架抓取MIPI-CSI接口输入的视频流，根据使用需求对图像运行适当的软件程序，例如增加UI界面、图像缩放、图像增强、伪彩色显示等(不局限于上述算法)，再调用ISP框架将处理后的图像按照一定的SWAP模式配置为RGB888格式(8位以上灰度图像可按SWAP表分别填到对应的RED、GREEN、BLUE通道)从MIPI-DSI接口输出。
3.MIPI-DSI to Cameralink转换
步骤1，通过MIPI-DSI转Cameralink转换单元中的MIPI-DSI转Parallel模块，将处理后的图像从MIPI-DSI图像数据转换成并行数据(中间数据)，具体为：
将处理后的MIPI-DSI图像数据接入MIPI-DSI转Parallel模块中的转换芯片(典型芯片ICN6211)，由嵌入式处理器按SWAP模式通过IIC接口完成转换芯片中的寄存器配置，通过转换芯片按SWAP模式将图像数据解码成RGB888并行数据。
步骤2，通过MIPI-DSI转Cameralink转换单元中的Parallel转LVDS编码模块，将并行数据(中间数据)转换成Cameralink图像数据并输出到后端设备，具体为：
将并行数据按图2展示的对应关系接入LVDS 28位通道发送编码器(典型芯片DS90CR287)，发送编码器转换后输出的图像数据为高速串行Cameralink数据，包括5对差分信号线，其中4对为视频数据线，1对为同步时钟信号。
下面结合具体场景对本发明提出的一种通过Cameralink接口与MIPI接口互转实现图像处理的低功耗方法做进一步详细的实例测试。在嵌入式平台RK3399，软件平台linux上实施本例方法，图3中展示了本实例中Cameralink转MIPI-CSI转换单元和图像处理单元的实现结构，采用了两个图像输入源，分别为640*512@50帧的红外探测器和1920*1080@25帧的可见光相机；采用了RK3399核心板实现图像处理，完成了增加UI界面、图像缩放、图像增强、伪彩色显示、可见光图像和红外图像切换等功能，输出帧频和分辨率可任意配置；图4中展示了本实例中MIPI-DSI转Cameralink转换单元的实现结构，采用了图像采集卡检测转换后的图像。
本发明提供了一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种在嵌入式平台降低图像处理功耗的方法，其特征在于，包括：建立Cameralink转MIPI-CSI转换单元、图像处理单元和MIPI-DSI转Cameralink转换单元；
其中，所述Cameralink转MIPI-CSI转换单元用于，将图像源通过Cameralink接口输入的图像数据转换成MIPI-CSI图像数据；
所述图像处理单元用于，对MIPI-CSI图像数据进行图像处理，再将处理后的图像输出成MIPI-DSI数据；
所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元用于，将MIPI-DSI数据转换成通过Cameralink接口输出的图像数据；
所述Cameralink接口为Cameralink传输协议物理层中的视频数据接口；
所述Cameralink转MIPI-CSI转换单元依次由低压差分信号LVDS转并行信号解码模块和并行信号与MIPI-CSI桥接模块串联组成；
其中，所述低压差分信号LVDS转并行信号Parallel解码模块包括LVDS解码芯片，用于将Cameralink差分信号转换为28位并行数据信号，输出信号电压为3.3V；
所述并行信号与MIPI-CSI桥接模块包括桥接芯片，用于将28位并行数据信号转换为4通道的MIPI-CSI信号；
所述图像处理单元包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器具有MIPI-CSI输入接口、MIPI-DSI输出接口和IIC通讯接口；
所述图像处理单元中的嵌入式处理器首先调用自带的图像信号处理ISP框架抓取MIPI-CSI接口输入的视频流，然后根据使用需求对MIPI-CSI图像数据进行增加UI界面、图像缩放、图像增强和伪彩色显示处理，最后再调用图像信号处理ISP框架将处理后的图像配置为RGB888格式通过MIPI-DSI接口发送；
步骤3中，所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元，依次由MIPI-DSI转Parallel模块和Parallel转LVDS编码模块串联组成；
所述MIPI-DSI转Parallel模块包括MIPI-DSI转RGB芯片，用于将RGB888格式的MIPI-DSI信号转换成RGB888格式的并行信号；
所述Parallel转LVDS编码模块包括LVDS编码芯片，用于将RGB888格式的并行信号转换成低压差分信号；
所述MIPI-DSI转Cameralink转换单元用于，将MIPI-DSI数据转换成通过Cameralink接口输出的图像数据，具体包括：
将MIPI-DSI数据接入MIPI转RGB模块中的转换芯片，通过转换芯片将MIPI-DSI数据解码成RGB888并行数据；
通过MIPI-DSI转Cameralink转换单元中的Parallel转LVDS编码模块，将RGB888并行数据转换成Cameralink图像数据并输出到后端设备；
所述嵌入式处理器通过IIC通讯接口设置桥接芯片内部寄存器的值；
所述嵌入式处理器通过IIC通讯接口设置转换芯片内部寄存器的值。
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