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CN114827526A - 基于编码重构的高速相机远距离传输装置 - Google Patents

基于编码重构的高速相机远距离传输装置 Download PDF

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CN114827526A CN202210208704.2A CN202210208704A CN114827526A CN 114827526 A CN114827526 A CN 114827526A CN 202210208704 A CN202210208704 A CN 202210208704A CN 114827526 A CN114827526 A CN 114827526A
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Abstract

本申请涉及一种基于编码重构的高速相机远距离传输装置，所述高速相机远距离传输装置包括Cameralink信号发射端与Cameralink信号接收端两个部分，其中，Cameralink信号接收端通过Cameralink电缆与Cameralink高速相机相连接，Cameralink信号发射端通过Cameralink电缆与Cameralink图像采集设备相连接；Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端通过光纤完成高速图像与相机控制命令的远距离传输。

Description

基于编码重构的高速相机远距离传输装置
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，具体的说是基于编码重构的高速相机远距离传输装置。
背景技术
Cameralink协议主要应用于高速相机与图像采集设备之间的图像数据与控制命令交互，其中，图像数据最高速率可达6800Mbps，控制命令包括一路串口信号与四路GPIO信号。Cameralink的高速相机与图像采集设备一般通过专用Cameralink电缆进行信号传输，最大传输距离为10米，最多支持两条电缆同时进行数据交互。
目前，对于Cameralink信号的远距离传输主要采用光纤作为信号传输介质，远距离传输装置包括Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端两个部分。一方面，在Cameralink信号接收端，对Cameralink信号进行采样与缓存，进行并串转换，利用光电转换模块将串行电信号转换为光信号完成信号的发射。在Cameralink信号发射端，利用光电转换模块获取光纤链路传输的高速数据，将高速数据进行串并转换与实时缓存，并按照一定的处理方式以Cameralink协议将缓存的数据传输至图像采集设备，完成高速图像数据的远距离传输。另一方面，在Cameralink信号发射端，获取图像采集设备发送的相机控制命令，对其进行信道编码与并串转换，并利用光电转换模块完成信号的发射。在Cameralink信号接收端，利用光电转换模块获取光纤链路传输的高速数据，对其进行串并转换与信道译码，还原出相机控制命令，并将该命令传输至Cameralink高速相机，完成相机的远距离控制。
因此，现有技术无法支持多模高速相机控制命令的远程传输；无法同时适配图像采集设备与计算机万兆以太网口；无法满足多路高速相机的同时接入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置。该技术主要运用于延长基于Cameralink协议的高速相机图像传输距离，同时，支持RS232、RS422以及GPIO等低速控制信号远距离传输，确保高速图像采集与处理系统的稳定运行。
本申请提供的技术方案，具体如下：
一种基于编码重构的高速相机远距离传输装置，所述高速相机远距离传输装置包括Cameralink信号发射端与Cameralink信号接收端两个部分，其中，Cameralink信号接收端通过Cameralink电缆与Cameralink高速相机相连接，Cameralink信号发射端通过Cameralink电缆与Cameralink图像采集设备相连接；Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端通过光纤完成高速图像与相机控制命令的远距离传输。
所述高速相机远距离传输装置采用大规模现场可编辑门阵列（FPGA）作为信号处理的核心器件，完成Cameralink数据的采集、重构以及编解码，采用管脚与GTX高速接口，能够同时接入三路Base模式的Cameralink高速相机的图像数据，或同时接入一路Medium模式的Cameralink高速相机与一路Base模式的Cameralink高速相机，或只接入一路Full模式的Cameralink高速相机。
所述高速相机远距离传输装置设置有SFP+模块，所述SFP+模块进行信号的光电转换与电光转换，能够选配不同的波长的SFP+模块，利用波分复用技术优化光纤传输链路；所述高速相机远距离传输装置设置电源管理结构，所述电源管理结构主要用于生成装置内部所需的各类电源，包括1.0V、1.2V、2.5V以及3.3V；所述高速相机远距离传输装置设置有程序配置，主要用于完成FPGA的程序存储与启动引导；所述高速相机远距离传输装置设置SDR26，所述SDR26为Cameralink信号接口，主要用于完成装置与Cameralink高速相机以及Cameralink图像采集设备的数据互联。
所述高速相机远距离传输装置信号发射端主要由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核构成；所述Cameralink接口IP核用于实现Cameralink信号的接收，利用该IP核实现信号的串并转换，完成Cameralink信号的采样；LVDS接口IP核用于实现相机控制信号的采样与重构；FIFO用于缓存采集到的Cameralink数据，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟；FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为信道编码提供采样数据；信道编码用于将采样的数据与相机控制命令按照UDP的协议进行封装；信道译码按照UDP协议进行解析，用于恢复出相机控制命令，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构；GTX接口IP核用于实现数据的并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
所述高速相机远距离传输装置信号接收端由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核构成；信号接收端的GTX接口IP核用于实现数据并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完成光电转换与电光转换；信道编码用于将采样的相机控制命令按照UDP的协议进行封装；信道译码按照UDP协议进行解析，用于恢复出相机控制命令与图像数据，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构；FIFO用于缓存重构前的Cameralink数据，其中，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟；为确保Cameralink图像重构的正确性，利用装置内部的本地时钟作为FIFO的读取时钟；由于相机控制命令是低速信号，因此不再需进行数据的缓存；所述FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为Cameralink信号重构提供原始数据；所述FIFO用于缓存Cameralink信号重构前的数据，利用装置内部时钟对其进行读写驱动；Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的重构，利用该IP核实现信号的并串转换，完成Cameralink信号的输出。
其中，Sfp+模块是一种小型可拔插光电转换模块；
有益效果
1、支持多模高速相机控制命令的远程传输；
2、同时适配图像采集设备与计算机万兆以太网口；
3、满足三路Cameralink高速相机的同时接入。
附图说明
图1 基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置工作流程；
图2 基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置硬件设计架构；
图3 基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号发射端软件架构；
图4 基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号接收端软件架构。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的技术方案的具体实施方式进行描述
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置工作流程如图1所示。装置包括Cameralink信号发射端与Cameralink信号接收端两个部分，其中，Cameralink信号接收端通过Cameralink电缆与Cameralink高速相机相连接，Cameralink信号发射端通过Cameralink电缆与Cameralink图像采集设备相连接。Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端通过光纤完成高速图像与相机控制命令的远距离传输。
整个装置以大规模现场可编辑门阵列（FPGA）作为信号处理的核心器件，主要负责完成Cameralink数据的采集、重构以及编解码，利用其丰富的管脚资源与GTX高速接口，根据实际需求可同时接入三路Base模式的Cameralink高速相机的图像数据，或同时接入一路Medium模式的Cameralink高速相机与一路Base模式的Cameralink高速相机，或只接入一路Full模式的Cameralink高速相机。
装置采用SFP+模块完成信号的光电转换与电光转换，可以根据实际需求，选配不同的波长的SFP+模块，利用波分复用技术优化光纤传输链路。
电源管理主要用于生成装置内部所需的各类电源，包括1.0V、1.2V、2.5V以及3.3V。
程序配置主要用于完成FPGA的程序存储与启动引导。
SDR26为Cameralink信号接口，主要用于完成装置与Cameralink高速相机以及Cameralink图像采集设备的数据互联。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号发射端软件设计架构如图3所示，主要由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核等几个部分构成。
Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的接收，利用该IP核实现信号的串并转换，完成Cameralink信号的采样。
LVDS接口IP核主要用于实现相机控制信号的采样与重构。
FIFO主要用于缓存采集到的Cameralink数据，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟。
FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为信道编码提供采样数据。
信道编码主要用于将采样的数据与相机控制命令按照UDP的协议进行封装。
信道译码按照UDP协议进行解析，主要用于恢复出相机控制命令，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构。
GTX接口IP核主要用于实现数据的并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号接收端软件设计架构如图4所示，主要由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核等几个部分构成。
与信号发射端类似，信号接收端的GTX接口IP核主要用于实现数据并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
信道编码主要用于将采样的相机控制命令按照UDP的协议进行封装。
信道译码按照UDP协议进行解析，主要用于恢复出相机控制命令与图像数据，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构。
FIFO主要用于缓存重构前的Cameralink数据，其中，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟；为确保Cameralink图像重构的正确性，可利用装置内部的本地时钟作为FIFO的读取时钟。由于相机控制命令是低速信号，因此不再需进行数据的缓存。
FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为Cameralink信号重构提供原始数据。
FIFO主要用于缓存Cameralink信号重构前的数据，利用装置内部时钟对其进行读写驱动。
Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的重构，利用该IP核实现信号的并串转换，完成Cameralink信号的输出。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置工作流程如图1所示。装置包括Cameralink信号发射端与Cameralink信号接收端两个部分，其中，Cameralink信号接收端通过Cameralink电缆与Cameralink高速相机相连接，Cameralink信号发射端通过Cameralink电缆与Cameralink图像采集设备相连接。Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端通过光纤完成高速图像与相机控制命令的远距离传输。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置硬件设计架构如图2所示。整个装置以大规模现场可编辑门阵列（FPGA）作为信号处理的核心器件，主要负责完成Cameralink数据的采集、重构以及编解码，利用其丰富的管脚资源与GTX高速接口，根据实际需求可同时接入三路Base模式的Cameralink高速相机的图像数据，或同时接入一路Medium模式的Cameralink高速相机与一路Base模式的Cameralink高速相机，或只接入一路Full模式的Cameralink高速相机。
装置采用SFP+模块完成信号的光电转换与电光转换，可以根据实际需求，选配不同的波长的SFP+模块，利用波分复用技术优化光纤传输链路。
电源管理主要用于生成装置内部所需的各类电源，包括1.0V、1.2V、2.5V以及3.3V。
程序配置主要用于完成FPGA的程序存储与启动引导。
SDR26为Cameralink信号接口，主要用于完成装置与Cameralink高速相机以及Cameralink图像采集设备的数据互联。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号发射端软件设计架构如图3所示，主要由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核等几个部分构成。
Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的接收，利用该IP核实现信号的串并转换，完成Cameralink信号的采样。
LVDS接口IP核主要用于实现相机控制信号的采样与重构。
FIFO主要用于缓存采集到的Cameralink数据，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟。
FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为信道编码提供采样数据。
信道编码主要用于将采样的数据与相机控制命令按照UDP的协议进行封装。
信道译码按照UDP协议进行解析，主要用于恢复出相机控制命令，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构。
GTX接口IP核主要用于实现数据的并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
基于编码重构的Cameralink高速相机远距离传输装置信号接收端软件设计架构如图4所示，主要由Cameralink接口IP核、LVDS接口IP核、FIFO、FIFO控制、信道编码、信道译码以及GTX接口IP核等几个部分构成。
与信号发射端类似，信号接收端的GTX接口IP核主要用于实现数据并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
信道编码主要用于将采样的相机控制命令按照UDP的协议进行封装。
信道译码按照UDP协议进行解析，主要用于恢复出相机控制命令与图像数据，并通过LVDS接口IP核完成控制命令的重构。
FIFO主要用于缓存重构前的Cameralink数据，其中，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟；为确保Cameralink图像重构的正确性，可利用装置内部的本地时钟作为FIFO的读取时钟。由于相机控制命令是低速信号，因此不再需进行数据的缓存。
FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为Cameralink信号重构提供原始数据。
FIFO主要用于缓存Cameralink信号重构前的数据，利用装置内部时钟对其进行读写驱动。
Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的重构，利用该IP核实现信号的并串转换，完成Cameralink信号的输出。
本申请中的技术方案，兼容多模高速相机控制命令的解析与传输。按照Cameralink协议，解析相机图像数据，利用UDP协议对相机数据进行分封装与传输，提高装置对图像采集设备的适应性。利用Cameralink协议接口IP核，构建灵活通用的数据接收通道，能够满足单相机的各种工作模式以及多相机的同时接入。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于编码重构的高速相机远距离传输装置，其特征在于，所述高速相机远距离传输装置包括Cameralink信号发射端与Cameralink信号接收端两个部分，其中，Cameralink信号接收端通过Cameralink电缆与Cameralink高速相机相连接，Cameralink信号发射端通过Cameralink电缆与Cameralink图像采集设备相连接；Cameralink信号接收端与Cameralink信号发射端通过光纤完成高速图像与相机控制命令的远距离传输。
2.根据权利要求1所述的高速相机远距离传输装置，其特征在于，所述高速相机远距离传输装置采用大规模现场可编辑门阵列作为信号处理的核心器件，完成Cameralink数据的采集、重构以及编解码，采用管脚与GTX高速接口，能够同时接入三路Base模式的Cameralink高速相机的图像数据，或同时接入一路Medium模式的Cameralink高速相机与一路Base模式的Cameralink高速相机，或只接入一路Full模式的Cameralink高速相机。
3.根据权利要求2所述的高速相机远距离传输装置，其特征在于，所述高速相机远距离传输装置设置有SFP+模块，所述SFP+模块进行信号的光电转换与电光转换，能够选配不同的波长的SFP+模块，利用波分复用技术优化光纤传输链路；；所述高速相机远距离传输装置设置电源管理结构，所述电源管理结构主要用于生成装置内部所需的各类电源，包括1.0V、1.2V、2.5V以及3.3V；所述高速相机远距离传输装置设置有程序配置，主要用于完成现场可编辑门阵列的程序存储与启动引导；所述高速相机远距离传输装置设置SDR26，所述SDR26为Cameralink信号接口，主要用于完成装置与Cameralink高速相机以及Cameralink图像采集设备的数据互联。
4.根据权利要求3所述的高速相机远距离传输装置，其特征在于，所述高速相机远距离传输装置信号发射端主要由第一Cameralink接口IP核、第一LVDS接口IP核、第一FIFO、第一FIFO控制、第一信道编码、第一信道译码以及第一GTX接口IP核构成；所述第一Cameralink接口IP核用于实现Cameralink信号的接收，利用该IP核实现信号的串并转换，完成Cameralink信号的采样；第一LVDS接口IP核用于实现相机控制信号的采样与重构；第一FIFO用于缓存采集到的Cameralink数据，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，利用Cameralink图像时钟作为FIFO的写入时钟；第一FIFO控制主要用于调节FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为信道编码提供采样数据；第一信道编码用于将采样的数据与相机控制命令按照UDP的协议进行封装；第一信道译码按照UDP协议进行解析，用于恢复出相机控制命令，并通过第一LVDS接口IP核完成控制命令的重构；第一GTX接口IP核用于实现数据的并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完光电转换与电光转换。
5.根据权利要求4所述的高速相机远距离传输装置，其特征在于，所述高速相机远距离传输装置信号接收端由第二Cameralink接口IP核、第二LVDS接口IP核、第二FIFO、第二FIFO控制、第二信道编码、第二信道译码以及第二GTX接口IP核构成；第二信号接收端的GTX接口IP核用于实现数据并串转换与串并转换，驱动SFP+模块，完成光电转换与电光转换；第二信道编码用于将采样的相机控制命令按照UDP的协议进行封装；信道译码按照UDP协议进行解析，用于恢复出相机控制命令与图像数据，并通过第二LVDS接口IP核完成控制命令的重构；第二FIFO用于缓存重构前的Cameralink数据，其中，为确保Cameralink图像数据采集的正确性，需要利用Cameralink图像时钟作为第二FIFO的写入时钟；为确保Cameralink图像重构的正确性，利用装置内部的本地时钟作为第二FIFO的读取时钟；由于相机控制命令是低速信号，因此不再需进行数据的缓存；所述第二FIFO控制主要用于调节第二FIFO的流量控制，按照Cameralink协议进行数据封装，为Cameralink信号重构提供原始数据；所述FIFO用于缓存Cameralink信号重构前的数据，利用装置内部时钟对其进行读写驱动；Cameralink接口IP核主要用于实现Cameralink信号的重构，利用该IP核实现信号的并串转换，完成Cameralink信号的输出。
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