CN101782928A - 数据采集处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种数据采集处理装置，其特征在于，包括：第一数据采集模块，对应第一标识信息，用于获得第一原始信息；第二数据采集模块，对应第二标识信息，用于获得第二原始信息；数据处理模块，与第一数据采集模块和第二数据采集模块连接，用于在接收第一原始信息和第二原始信息后，处理第一原始信息为第一处理信息，处理第二原始信息为第二处理信息，并将第一处理信息和第二处理信息通过一个数据传输链路发送给后端处理设备，其中，第一处理信息具有所述第一标识信息，第二处理信息具有所述第二标识信息。根据本发明的数据采集处理装置，可以降低数据采集处理装置的体积和成本并节省了后端处理设备的传输接口，增强了后端处理设备的扩展能力。

Description

数据采集处理装置和方法

技术领域

本发明涉及数据采集处理领域，尤其涉及一种应用多个数据采集设备的采集处理装置和方法。

背景技术

目前，基于双摄像头的应用已经开始出现，比如在人脸的立体识别和手势识别中，需要两个摄像头同时工作，又比如具有不同特性的两个摄像头针对不同应用，在此类应用中，两个摄像头采集的图像需要很好地同步。此外，麦克风阵列已经被应用于计算机中，原因在于当处于非理想条件下，即使是嵌入在便携式计算机或监视器中的最佳麦克风也很难顺利捕获声音，而麦克风阵列可以更好地隔离声源、抵制环境噪音并去掉杂音。

通常的做法是使用两个独立的采集设备，比如两个摄像头、两个麦克风，通过两个USB接口接入PC。但是，在发明人实现本发明的过程中，发现这种解决方案至少存在以下技术问题：由于两个采集设备由两个控制器控制，从而两个采集设备是相对独立工作的，所使用的两个控制器占用空间较大、成本较高并且还占用了PC两个数据接口。

综上所述，需要一种能够利用一个数据链路来传输经处理的多路数据的数据采集处理装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种数据采集处理装置，能够减少占用后端处理设备的传输接口数量，进一步提高数据处理的同步性。

根据本发明的数据采集处理装置，其特征在于，包括：第一数据采集模块，对应第一标识信息，用于获得第一原始信息；第二数据采集模块，对应第二标识信息，用于获得第二原始信息；数据处理模块，与第一数据采集模块和第二数据采集模块连接，用于在接收第一原始信息和第二原始信息后，处理第一原始信息为第一处理信息，处理第二原始信息为第二处理信息，并将第一处理信息和第二处理信息通过一个数据传输链路发送给后端处理设备，其中，第一处理信息具有第一标识信息，第二处理信息具有第二标识信息。

其中，数据传输链路具有分别与第一标识信息和第二标识信息对应的描述信息，以使后端处理设备识别从数据采集处理装置输出的第一处理信息和第二处理信息。

其中，数据处理模块包括：微控制单元，分别连接到第一数据采集模块和第二数据采集模块，并控制第一数据采集模块和第二数据采集模块分别获得第一原始数据信息和第一原始数据信息；第一数据处理单元，与第一数据采集模块连接，用于在接收第一原始数据信息后，处理第一原始数据信息为第一处理数据信息；第二数据处理单元，与第二数据采集模块连接，用于在接收第二原始数据信息后，处理第二原始数据信息为第二处理数据信息；第一缓存单元，用于对第一处理数据信息进行缓存处理；以及第二缓存单元，用于对第二处理数据信息进行缓存处理。

其中，数据处理模块包括：微控制单元，分别连接到第一数据采集模块和第二数据采集模块，并控制第一数据采集模块和第二数据采集模块分别获得第一原始数据信息和第一原始数据信息；数据处理单元，与第一数据采集模块和第二数据采集模块连接，用于在接收第一原始数据信息和第二原始数据信息后，处理第一原始数据信息为第一处理数据信息，处理第二原始数据信息为第二处理数据信息；以及缓存单元，用于对第一处理数据信息和第二处理数据信息中至少一个进行缓存处理。

其中，数据处理模块还包括：触发单元，按照微控制单元的指令输出对于相应的数据采集模块的触发信号；以及切换单元，连接到触发单元并通过一个数据传输控制通道连接到第一数据采集模块和第二数据采集模块，响应于触发单元输出的触发信号将数据传输控制通道交替地切换至相应的第一数据采集模块和第二数据采集模块之一，以控制第一数据采集模块和第二数据采集模块获得相应的数据信息。

根据本发明的一种数据采集处理方法，该方法包括以下步骤：获得对应第一标识信息的第一原始信息和对应第二标识信息的第二原始信息；处理第一原始信息为第一处理信息，处理第二原始信息为第二处理信息；以及将第一处理信息和第二处理信息通过一个数据传输链路发送给后端处理设备，其中，第一处理信息具有第一标识信息，第二处理信息具有第二标识信息。

其中，在获得对应第一标识信息的第一原始信息和对应第二标识信息的第二原始信息之前，还包括步骤：为数据传输链路配置分别与第一标识信息和第二标识信息对应的描述信息，描述信息用于后端处理设备识别第一处理信息和第二处理信息。

其中，在处理第一原始信息为第一处理信息，处理第二原始信息为第二处理信息的步骤之后，还包括步骤：缓存第一处理数据信息及第二处理数据信息。

其中，利用触发信息来切换地获得第一原始信息和第二原始信息。

使用根据本发明的数据采集处理装置，当多个摄像头或麦克风同时工作时，可以保证采集的多路数据的同步性；通过修改USB的设备描述符，即使只设置一个USB接口，该图像采集处理装置也可以表现为多个独立的摄像头或麦克风，从而对于例如PC的外部装置来说，已开发好的多摄像头的应用可以不用修改而直接在该图像采集处理装置上使用；使用的相关元件的数量减少了，因此可以降低图像采集处理装置的体积和成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是示出现有技术中的应用两个摄像头的图像采集处理装置的结构图；

图2A和图2B是根据本发明的实施例的结构示意图以效果图；

图3A和图3B分别是示出根据本发明一个实施例的应用两个摄像头的图像采集处理装置的结构图以及图像采集方法的流程图；

图4是示出根据本发明另一个实施例的应用两个摄像头的图像采集处理装置的结构图；

图5A和图5B分别是示出了本发明中所采用的对摄像头实现框架的规定的示意图以及图4中所示图像采集处理装置中的端点配置图；以及

图6是示出了根据本发明的实施例对USB设备的描述符的定义。

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出现有技术中的应用两个摄像头的图像采集装置100的结构图。在图1中，图像采集装置100包括：图像传感器(CMOS传感器)101a和101b及控制器102a和102b。控制器102a和102b分别控制图像传感器101a和101b。在这种结构中，两个图像传感器分别由两个控制器控制，因此是相互独立工作的，并且所使用的两个控制器102a和102b占用后端处理设备(即个人计算机PC)的2个USB传输链路接口。

现在参照图2A和图2B，图2A示出了根据本发明的实施例的结构示意图。如图2A中所示，图中的左半边区域_A表明，使用一个控制器DSP 204来控制两个传感器202-1、202-2，图中的右半边区域_B表明，摄像头模块200中的控制器204通过一个USB传输链路向后端处理设备PC报告其是两个摄像头，即对后端处理设备PC来说，可达到如图2B中所示意的效果。从而使用一个控制器来实现对多个传感器的控制，并使用一个USB传输链路与PC连接。因此，PC可以与使用两个独立的摄像头一样来使用该摄像头模块200。而两个传感器202-1、202-2之间的协调则由控制器204完成。控制器对于摄像头的控制将参照图3A、图3B和图4详细描述。

图3A是示出了根据本发明一个实施例的应用两个摄像头的图像采集装置的结构图，即，应用两个摄像头的图像采集装置300的结构图。图像采集装置300包括数据切换单元302-1、图像控制单元302-2、传感器301a、传感器301b、以及I2C通道切换单元302-3。图像控制单元302-2将时钟信号CLK输入至传感器301a和传感器301b。图像控制单元302-2首先设置切换(SWITCH)信号将数据切换单元302-1、I2C通道切换单元302-3切换到传感器301a，然后输出触发指令Trigger_1给传感器301a，传感器301a采集图像A并将所采集的图像数据通过数据切换单元302-1输入到控制单元302-2中；接下来，图像控制单元302-2设置SWITCH信号将数据切换单元302-1、I2C通道切换单元302-3切换到传感器301b，然后输出触发指令Trigger_2给传感器301b，传感器301b采集图像并将所采集的图像B通过数据切换单元302-1输入到控制单元302-2中。重复这两步形成整个图像采集过程，也就是，使传感器301a和301b交替工作。输入到图像控制单元302-2中的数据流如表1所示。

图像A

图像B

图像A

图像B

图像A

图像B

表1

另外，为达到更高的图像质量要求，还需要图像采集装置300中的图像处理单元(未示出)对采集数据流在发送前进行必要地处理(诸如，对图像的对比度、亮度等进行处理)。

在该实施例中，图像处理单元对复合成一路的数据流进行处理，并将经处理的数据输出至缓存单元(未示出)，微控制器(未示出)对经缓存的数据进行读取，并对数据添加SOF(start of framepacket)包头，然后通过USB传输链路传送至后端处理设备。添加了SOF包头的输入结构如表2所示：

表2

其中，微控制器对于图像传感器捕捉到的图像数据进行添加SOF包头的处理，其中，SOF包定义如表3所示：

(lsb)                                        (msb)

Field	PID	ADDR	ENDP	CRC5
					Blts	8	7	4	5

表3

在表3中，PID表示USB包的类型。ADDR表示设备的地址，利用7bit可以表示128个地址，即128个设备。ENDP表示该设备的端点号，利用4bit表示一个设备最大可以支持16个端点。CRC5表示包校验值。一个标准摄像头占用一个设备地址，占用该设备地址中的3个端点。对于端点的定义将结合图5B进行详细描述。通过微控制器对各图像数据添加相应的包头，主机在接收到USB传输装置输出的数据之后，能够将识别出对应的图像数据送入相应存储地址。

根据本发明的上述实施例，可以通过在现有数据采集处理装置的构造中仅增加数据切换单元和通道切换单元，通过对软件进行改进，就可以实现对外部设备表现为多个数据采集模块的效果。

图3B是示出了图3A中所示的图像采集处理装置的方法的流程图。如图3B所示，首先对多个传感器进行初始化；然后判断是否为同时工作模式；根据判断结果，当为同时工作模式时，使能传感器A同时禁止传感器B，并读取数据并送入端点A；然后使能传感器B同时禁止传感器A，并读取数据并送入端点B；重复交替切换传感器A和B工作，并将采集的数据流，按照表1的数据格式，通过一个USB链路发送至后端处理设备；直到退出同时工作模式，进入单摄像头工作模式。

图4是根据本发明另一实施例的应用两个摄像头的图像采集装置400的结构图。图像控制模块402包括图像处理单元402-1a和402-1b、微控制单元402-2、以及数据缓存单元402-3、数据缓存单元402-4。微控制单元402-2将时钟信号CLK分别输入至传感器401a和401b。图像处理单元402-1a和402-1b分别对传感器401a和401b所采集的图像数据进行处理，然后将两路处理图像结果分别输入到数据缓存单元402-3和数据缓存单元402-4中，最后微控制单元402-2依次从数据缓存单元402-3和数据缓存单元402-4取出两路图像数据，添加与图3中相同的SOF包头后，通过一路USB传输链路传送给后端处理设备。USB传输链路中的数据包格式如下表所示：

表4

其中，图像A表示从传感器401a采集到的图像数据，图像B表示从传感器401b采集到的图像数据。

图5A示出了标准摄像头实现框架的示意图。如图5A所示，对摄像头实现框架进行如下规定：每个USB摄像头都会包括视频控制接口502(videoControl interface)和视频流接口504(Videostreaming interface)。其中，视频控制接口502包含两个端点(endpoint)，分别是：控制端点506(Control endpoint)用来配置摄像头的参数和工作模式；以及中断端点508(Status InterruptEndpoint)用来摄像头反馈一些信息给PC，例如，摄像头上的一些按键被按下。视频流接口504包含一个或多个同步传输或批传输端点510(isochronous or bulk data endpoint)，用来传输摄像头捕捉到的视频流。同步传输或批传输端点510中传输的包定义如表5所示：

表5

图像传感器捕捉到的一副图像，被添加一个SOF包发送给主机。

图5B示出了本发明的摄像头实现框架的示意图。摄像头内包含了两组视频控制接口502和502’(videoControl interface)和视频流接口504和504’(Videostreaming interface)。通过一个USB cable线连接到PC的USB接口。

当USB线512***PC USB端口514时，PC将对USB装置的设备描述符进行读取，为了使PC将来自USB线512的数据识别为来自不同传感器的图像数据，对USB装置的设备描述符进行如图6所示的详细定义。

图6示出了根据本发明的实施例对USB设备的描述符的定义。一个USB设备能被PC***识别，原因在于每个设备所具有的设备描述符(device descriptor)，在描述符中对设备的类型，生产厂家，需要使用的资源等进行了描述。对于一个USB设备，其设备描述符通常由一个IAD(interface association descriptor)组成，但USB规范中允许设备描述符中存在多个IAD。因此，为了使PC的***可以将本发明中所包含的通过一路传输链路连接的摄像模块识别为两个独立的摄像头，需要对设备的描述符进行如图6中所示的定义。对于标准的USB摄像头，即图6的左半部分，是传感器A的IDA。对于本专利的摄像头，增加了传感器B的IAD。当主机枚举USB设备时，会发现该USB设备有两个IDA，通过解析后发现是两个摄像头，就会在***中增加两个摄像头设备，并加载相应的驱动。

根据本发明的上述实施例，控制器具有两套传感器接口和图像处理单元，两路图像数据在进行USB传输前交替地合并成一路，通过USB传输到PC。这种方案的优点是两副图像的帧率不会下降。

尽管上面以两个摄像头作为数据采集部件，来描述了本发明的实施例，但本发明并不限于此，还可以应用于诸如两个麦克风等的数据采集部件，或者一个摄像头一个麦克风等不同类型的数据采集部件；并且本发明中的数据传输链路并不限于USB传输链路，还可以将诸如PCIe等作为数据传输链路。此外，尽管以两个数据采集部件为例来描述的本发明，但应当理解，本发明可以应用N(N为大于2的整数)个数据采集部件和小于N个的数据传输链路。

综上所述，本发明提供了一种应用多数据采集单元的数据采集装置。在该装置中，数据控制模块，以对多个数据采集单元所采集的多路数据进行同步控制，从而与多个数据采集单元是分别控制的装置相比，拥有更好的数据同步性；通过修改设备描述符，使得即使只提供一个数据传输接口，该数据采集装置也可以被后端处理设备识别为多个独立的数据采集单元，从而对于例如PC的后端处理设备来说，已开发好的应用可以不用修改而直接使用；使用的处理器等相关元件的数量减少了，因此可以降低数据采集装置的体积和成本；由于使用了少于数据采集单元的接口数量，与现有技术相比节省了后端处理设备的传输接口，增强了后端处理设备的扩展能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则的范围内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据采集处理装置，其特征在于，包括：

第一数据采集模块，对应第一标识信息，用于获得第一原始信息；

第二数据采集模块，对应第二标识信息，用于获得第二原始信息；

数据处理模块，与所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块连接，用于在接收所述第一原始信息和所述第二原始信息后，处理所述第一原始信息为第一处理信息，处理所述第二原始信息为第二处理信息，并将所述第一处理信息和所述第二处理信息通过一个数据传输链路发送给后端处理设备，其中，所述第一处理信息具有所述第一标识信息，所述第二处理信息具有所述第二标识信息。

2.根据权利要求1所述的数据采集处理装置，其特征在于，所述数据传输链路具有分别与所述第一标识信息和所述第二标识信息对应的描述信息，以使所述后端处理设备识别从所述数据采集处理装置输出的所述第一处理信息和所述第二处理信息。

3.根据权利要求1所述的数据采集处理装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

微控制单元，分别连接到所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块，并控制所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块分别获得所述第一原始数据信息和所述第一原始数据信息；

第一数据处理单元，与所述第一数据采集模块连接，用于在接收所述第一原始数据信息后，处理所述第一原始数据信息为第一处理数据信息；

第二数据处理单元，与所述第二数据采集模块连接，用于在接收所述第二原始数据信息后，处理所述第二原始数据信息为第二处理数据信息；

第一缓存单元，用于对所述第一处理数据信息进行缓存处理；以及

第二缓存单元，用于对所述第二处理数据信息进行缓存处理。

4.根据权利要求1所述的数据采集处理装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

微控制单元，分别连接到所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块，并控制所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块分别获得所述第一原始数据信息和所述第一原始数据信息；

数据处理单元，与所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块连接，用于在接收所述第一原始数据信息和所述第二原始数据信息后，处理所述第一原始数据信息为第一处理数据信息，处理所述第二原始数据信息为第二处理数据信息；以及

缓存单元，用于对所述第一处理数据信息和所述第二处理数据信息中至少一个进行缓存处理。

5.根据权利要求4所述的数据采集处理装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括：

触发单元，按照所述微控制单元的指令输出对于相应的数据采集模块的触发信号；以及

切换单元，连接到所述触发单元并通过一个数据传输控制通道连接到所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块，响应于所述触发单元输出的触发信号将所述数据传输控制通道交替地切换至相应的所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块之一，以控制所述第一数据采集模块和所述第二数据采集模块获得相应的数据信息。

6.一种数据采集处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获得对应第一标识信息的第一原始信息和对应第二标识信息的第二原始信息；

处理所述第一原始信息为第一处理信息，处理所述第二原始信息为第二处理信息；以及

将所述第一处理信息和所述第二处理信息通过一个数据传输链路发送给后端处理设备，其中，所述第一处理信息具有所述第一标识信息，所述第二处理信息具有所述第二标识信息。

7.根据权利要求6所述的数据采集处理方法，其特征在于，在所述获得对应第一标识信息的第一原始信息和对应第二标识信息的第二原始信息之前，还包括步骤：为所述数据传输链路配置分别与所述第一标识信息和所述第二标识信息对应的描述信息，所述描述信息用于所述后端处理设备识别所述第一处理信息和所述第二处理信息。

8.根据权利要求6所述的数据采集处理方法，其特征在于，在所述处理所述第一原始信息为第一处理信息，处理所述第二原始信息为第二处理信息的步骤之后，还包括步骤：缓存所述第一处理数据信息及所述第二处理数据信息。

9.根据权利要求6所述的数据采集处理方法，其特征在于，所述获得对应第一标识信息的第一原始信息和对应第二标识信息的第二原始信息具体为：

获得第一原始信息；

获得触发信息，所述触发信息用于切换数据采集模块的工作状态；

获得第二原始信息。

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