CN112311960A - 一种应用于目标识别与跟踪的新型视频图像处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种应用于目标识别与跟踪的新型视频图像处理系统,其特征在于,本系统的视频接口在收到数据后发送给FPGA预处理,FPGA再通过PCIEX4总线交于GPU运算,GPU将处理完成的数据转交给FPGA通过视频接口或网口发送出去,同时发送相机驱动信号,跟踪检测目标,并配有FPGA扩展板,可接其他功能性子板。所述视频接口,分为Ccamera link输入视频接口和CVBS输出视频接口;所述GPU模块拥有网口、USB口、HDMI接口以及mSATA接口,可为用户提供良好的人机交互界面和数据存储空间;本发明实现了系统结构简单、运算性能强,高灵活性和低成本,具有很强的扩展性和实用性。
Description
技术领域
本发明属于目标识别与跟踪领域,是基于GPU及FPGA为核心的视频图像处理系统,具体涉及一种应用于目标识别与跟踪的新型视频图像处理系统。
技术背景
目标识别与跟踪技术是计算机视觉关键技术之一,在民用和军用的诸多领域都有着极其广阔的应用前景,包括智能监控、基于视觉的人机交互、视频叠加、目标跟踪、精确制导系统等。随着信息技术的高速发展,需要视频图像的处理信息量越来越大,传统的视频图像处理系统已无法满足现在的需求。
目前常用的目标识别与跟踪处理系统架构主要包括:ARM、DSP、DSP+FPGA等。但通常存在以下缺点:
(1)图像处理系统成本高,体积大,运算速度低且效果难以保证。
(2)系统结构复杂,需要多模块组合协同处理。针对不同应用场景需配置不同功能模块,灵活性不强。
(3)接口数量少,通用性不强。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供了基于FPGA+GPU的视频图像处理系统架构,可实现系统低成本、结构简单集成化、具有高度灵活性和扩展性。
本发明公开了一种应用于目标识别与跟踪的新型视频图像处理系统,该视频图像处理系统的视频接口在收到数据后发送给FPGA预处理之后再交于GPU加速处理,GPU将处理完成的视频数据转交给FPGA通过视频接口或网口发送出去,同时驱动相机跟踪检测目标;并且FPGA扩展板,可扩展其他功能和接口;
所述视频接口,为Camera Link输入接口和CVBS视频图像输出接口,输入接口收在到数据之后经过解码芯片将视频数据解码后发送给FPGA处理,输出接口,将FPGA发出的数据编码成CVBS制视频信号发送出去;
本系统只需一个电源连接器供电,通过电源管理模块,转化为FPGA和GPU需要的各种电源电压。
优选的,所述图像处理系统中GPU模块为NVDIA公司的高性能处理器Jetson TX2,其可搭载系统。
优选的,所述图像处理系统中接口功能扩展板可根据特定需求,设计特定功能扩展板。
优选的,所述图像处理系统中GPU模块向外引出了USB接口、HDMI接口。
优选的,所述图像处理系统中GPU模块向外引出了mSATA接口和SD Card 接口,可搭载mSATA硬盘和SD存储卡。
优选的,所述图像处理系统中FPGA模块搭载4片512MB的DDR3内存。
优选的,所述电源管理模块采用TI公司的TPS56221芯片和TPS54622芯片。
总体而言,本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下优点:
(1):由于GPU自身可搭载系统,并利用FPGA的并行处理优势,组成计算机系统结构简单化、高度集成化、小型化、适用性广、成本低,不再需要单独的PC或者服务器作为处理器;
(2):整个图像处理系统由底板+子卡组成,图像处理系统被模块化设计可以根据实际应用场景灵活配置,功能灵活性高;
(3):通过子模块可扩展其他常用接口及特定接口供用户使用。大大增强通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例的一种基于FPGA+GPU视频图像处理系统的架构图;
图2为本发明实施例所提供的一种视频接口编码与解码方式示意图;
图3为本发明实施例所提供的一种FPGA外扩千兆网口示意图;
图4为本发明实施例所提供的一种功能扩展板扩展外部接口示意图。
具体实施方式
本发明系统架构主要由FPGA和GPU模块组成,FPGA模块一方面用来接收GPU模块发送的配置参数及控制命令,来实现系统的控制管理,另一方面,将采集的视频图像数据发送到GPU模块进行数据处理,同时接收GPU模块的处理结果,将处理结果发送给外设接口输出。本发明GPU可安装操作系统,利用FPGA的并行处理优势,就可以组成一个小型便捷、适用于图像处理的计算系统。
图1为本发明实施例的一种基于FPGA+GPU的视频图像处理系统的架构图。该硬件平台系统中,FPGA和GPU之间采用PCIEX4进行数据传输,最高速率可达2GB/S。
GPU模块主要作为系统数据处理器,需要较强的运算能力,故选择NVIDIA公司的高性能处理器Jetson TX2(简称TX2),其采用GPU+CPU架构;特点是NVIDIA Pascal GPU有256个CUDA有能力的核心;CPU部分由两个ARM v8 64位CPU集群组成,它们由高性能的相干互连结构连接,第一个CPU集群为NVIDIA Denver 2 64-Bit CPU 双核丹佛2 64位CPU集群,可提高单线程性能,第二个CPU集群是一个ARM Cortex-A57 QuadCore,它更适合于多线程应用程序;内存子系统包含一个128位的内存控制器,它提供高带宽LPDDR4支持;8 GB LPDDR4主存和32 GB eMMC闪存集也成于模块上。
FPGA模块主要作为系统的功能扩展,其命令来自于GPU的操作系统,用于系统的控制和管理。充分利用FPGA自身的并行处理的优势,实现视频图像采集和发送以及与GPU模块之间的数据交换的协调处理。这里选用Xilinx公司Kintex7系列的XC7K325T2FFG900I。
进一步地,底板上自身带有两个Camera Link接口(MDR26座子),可相连CameraLink接口相机采集视频图像数据。采集的数据通过解码器芯片(DS90CR286)解码转化为并行数据之后传输给FPGA,在FPGA内部预处理之后发送给GPU进行数据的处理,如图2所示。
进一步地,本系统自身带有两个CVBS信号接口。GPU将处理后的数据传送给FPGA,FPGA将收到的数据通过数据编码器芯片(ADV7393)编码,将数字信号转化成CVBS制信号,通过此接口向显示设备发送CVBS制视频信息。
进一步地,本系统自带有两个千兆网口,一个是GPU模块外扩的,可通过此网口直接与GPU通信;另一个网口是FPGA芯片通过PHY芯片(88E1111)外扩千兆网口,此网口可直接与FPGA进行数据通信,如图3所示。
进一步地,本系统的FPGA模块搭载有4片DDR3芯片总内存可高达2GB,可大大的增强FPGA的数据处理能力。
进一步地,本系统的GPU模块外扩有mSATA和SD Card座子可根据需求装配mSATA硬盘和SD存储卡,用以存储所需数据。
进一步地,本系统拥有GPU和FPGA两个和核心器件,需要多种电压。本系统电源采用J30J-9ZKW连接器输入5.5-12V电源电压。而TX2模块的外围电路需要1 .8V、2.5V、3 .3V和5V电压 FPGA选用Xilinx公司的XC7K325T,需要为该FPGA提供1V核电压,1 .8V VCCIO和VCCAUX、3 .3V VCCIO、1V和1 .2V的MGT供电。FPGA的1V核电压所需电流较大,故采用TexasInstruments公司TPS56221电源芯片(输出高达20A),其余电压采用多片TexasInstruments公司TPS54622芯 片(输出高达6A)为其提供电,以此保证供电的充足。且每一个电源均设计有电源指示灯,指示器电源工作状态。
进一步地,本发明系统架构设计两种时钟,分别是FPGA内部逻辑所需基础时钟,FPGA的PCIE 接口及千兆以太网PHY芯片所需时钟。FPGA内部逻辑所需基础时钟采用40MHz有源晶振产生,PCIE时钟采用差分125MHz时钟,由固定时钟振荡器产生。
进一步地,本系统的FPGA模块通过外扩板增加了VGA接口和DP接口,可通过这两个接口与外界相应端口相连,如图4所示。此扩展板卡置于视频图像处理板底板之上,形成底板+子板的结构。
进一步地,FPGA模块外挂RS422相机驱动控制接口,用以控制相机转动跟踪检测目标。
进一步地,由于本系统采用底板+子板的模式,尺寸为125mm*175mm。小于一般视频图像处理系统。
整个视频图像处理系统底板+扩展板组成,图像处理系统被模块化设计,可
以根据实际应用场景灵活配置,例如针对不同的相机及视频来源接口,配置不同扩展板,适应不同环境用途。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于目标识别与跟踪的新型视频图像处理系统,其特征在于,本系统的视频接口在收到数据后发送给FPGA预处理,FPGA再通过PCIEX4总线交于GPU运算,GPU将处理完成的数据转交给FPGA通过视频接口或网口发送出去,同时发送相机驱动信号,跟踪检测目标,并配有FPGA扩展板,可扩展其他功能接口;
所述视频接口,为Camera Link输入接口和CVBS视频图像输出接口,输入接口收在到数据之后经过解码芯片将视频数据解码后发送给FPGA处理,输出接口,将FPGA发出的数据编码成CVBS制视频信号发送出去;
本系统只需一个电源连接器供电,通过电源管理模块,转化为FPGA和GPU需要的各种电源电压。
2.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述GPU模块为NVDIA公司的高性能处理器Jetson TX2,其可搭载系统。
3.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述功能扩展板可根据特定需求,设计特定功能扩展板。
4.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述GPU模块向外引出了USB接口、HDMI接口。
5.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述GPU模块向外引出了mSATA接口和SD Card 接口,可搭载mSATA硬盘和SD存储卡。
6.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述FPGA模块搭载4片512MB的DDR3内存。
7.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述电源管理模块采用TI公司的TPS56221芯片和TPS54622芯片。
8.根据权利要求1所述的视频图像处理系统,其特征在于,所述相机驱动采用RS422接口控制相机驱动。
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