CN105262970A - 一种基于图像数据的封装方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明一种基于图像数据的封装方法及***，方法包括：将需要封装的图像数据存储于缓存中；根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。***包括存储单元、长度计算单元和封装单元。本发明在封装时考虑到以太网帧格式和JPEG图像帧数据总量不确定的特点，通过动态计算需打包的图像数据的长度，从而能有效避免需填充无效数据的情况，大大减少数据处理的时间，减少网络带宽的占用，而且本发明实现简单，需求设备较少，能有效缩小开发周期，节约成本。本发明可广泛应用于数据封装领域中。

Description

一种基于图像数据的封装方法及***

技术领域

本发明涉及数据封装技术领域，尤其涉及一种基于图像数据的封装方法及***。

背景技术

JPEG是国际标准化组织（ISO）领导下制定的静态图像的压缩编码标准，在图像数据量大、人们对图像质量要求越来越高的背景下，JPEG作为一种低复杂度、高压缩比的图像压缩标准在数据量极大的多媒体以及带宽宝贵的网络传输等领域得到了广泛的应用。而以太网作为一种数据传输标准，其实现简单、价格低廉，且能实现图像数据的高速、稳定、实时的传输，是目前应用最广泛的网络技术。

在工业现场，由于各种极端的环境和具体应用需求，通常需要对工业设备或现场进行实时的图像采集。目前，国内应用于视频监控领域的图像采集方案多采用CCD图像传感器+视频解码器（如SAA7113H）+FPGA/CPLD+DSP实现。但是这种的现有方案一般开发周期较长，并且在现有的通用图像采集处理***中，需要用帧缓存模块对图像数据整帧或多帧进行存储，存储设备一般采用SDRAM、SRAM等，这种大容量的高速存储器件成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能缩小开发周期，且节约成本的一种基于图像数据的封装方法及***。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于图像数据的封装方法，包括以下步骤：

A、将需要封装的图像数据存储于缓存中；

B、根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

C、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

作为所述的一种基于图像数据的封装方法的进一步改进，设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述步骤B包括：

B1、若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

B2、若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

B3、若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

B4、若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

B5、若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

作为所述的一种基于图像数据的封装方法的进一步改进，所述步骤C包括：

C1、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

C2、根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

C3、根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

作为所述的一种基于图像数据的封装方法的进一步改进，所述包头包括有效长度和包文类型。

作为所述的一种基于图像数据的封装方法的进一步改进，所述包尾为校验码。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种基于图像数据的封装***，包括：

存储单元，用于将需要封装的图像数据存储于缓存中；

长度计算单元，用于根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

封装单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

作为所述的一种基于图像数据的封装***的进一步改进，设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述长度计算单元包括：

第一判断计算单元，用于若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

第二判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

第三判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

第四判断计算单元，用于若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

第五判断计算单元，用于若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

作为所述的一种基于图像数据的封装***的进一步改进，所述封装单元包括：

打包单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

配置单元，用于根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

封装执行单元，用于根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

本发明的有益效果是：

本发明一种基于图像数据的封装方法及***在封装时考虑到以太网帧格式和JPEG图像帧数据总量不确定的特点，通过动态计算需打包的图像数据的长度，从而能有效避免需填充无效数据的情况，大大减少数据处理的时间，减少网络带宽的占用，而且本发明实现简单，需求设备较少，能有效缩小开发周期，节约成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种基于图像数据的封装方法的步骤流程图；

图2是本发明一种基于图像数据的封装方法步骤C的步骤流程图；

图3是本发明一种基于图像数据的封装***的模块方框图；

图4是本发明数据封装包的包文格式示意图；

图5是本发明实现过程的***功能框图；

图6是本发明实现过程的FPGA功能模块实现框图；

图7是本发明实现过程中封装方法的FPGA实现框图。

具体实施方式

参考图1，本发明一种基于图像数据的封装方法，包括以下步骤：

A、将需要封装的图像数据存储于缓存中；

B、根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

C、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

进一步作为优选的实施方式，设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述步骤B包括：

B1、若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

B2、若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

B3、若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

B4、若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

B5、若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

参考图2，进一步作为优选的实施方式，所述步骤C包括：

C1、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

C2、根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

C3、根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

参考图4，进一步作为优选的实施方式，所述包头包括有效长度和包文类型。所述包尾为校验码。

其中，所述有效长度指示数据封装包的有效数据字节数，即为包文类型、图像数据和校验码的字节数总和，在数据接收端，先接收此字节，然后根据此字节的指示确定接收数据的长度；所述包文类型，主要用于标示数据源或目的，如0x01标示摄像头1的数据，0x02标示摄像头2的数据；图像数据，表示实际需要传输的JPEG数据；校验码，根据图像数据生成的16bit的CRC校验码，用于接收端对接收的包文数据进行校验，当校验不通过时，进行错误包文统计并对当前图像帧作出相应处理。

参考图3，本发明一种基于图像数据的封装***，包括：

存储单元，用于将需要封装的图像数据存储于缓存中；

长度计算单元，用于根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

封装单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

作为所述的一种基于图像数据的封装***的进一步改进，设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述长度计算单元包括：

第一判断计算单元，用于若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

第二判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

第三判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

第四判断计算单元，用于若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

第五判断计算单元，用于若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

作为所述的一种基于图像数据的封装***的进一步改进，所述封装单元包括：

打包单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

配置单元，用于根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

封装执行单元，用于根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

在对数据进行封装时，封装包文长度的确定，要综合考虑以太网帧格式和JPEG图像帧数据总量不确定的特点。在对JPEG图像帧取某定长分片时（如256Byte），因其帧数据总量不确定，那么最后一个分片的长度也不确定，这样就会出现低于46Byte的图像包文，此时常见的有两种处理方式：一是在对数据分片进行封装时，封装包的长度恒定不变，出现不满足长度的分片，在封装数据包时通过填充无效数据使其满足规定长度；还有一种方法是直接发送，由以太网端自动填充的无效数据。以上两种方法均存在无效数据填充，增加了数据处理时间，浪费了以太网带宽。为了避免小于46Byte的包文出现，本***提出了不定长的数据封装方法，实现更高效的数据传输。

本发明的具体实施例如下：

本发明实施例中，设允许的最小包文长度K为128Byte，则允许的最大包文长度2K为256Byte，包文中添加的包头与包尾字节数之和C为4Byte，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度。

S1、将需要封装的图像数据存储于缓存中；

S2、根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度，具体如下：

若M≥376Byte，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=252Byte；

若252Byte＜M≤376Byte且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

若252Byte＜M≤376Byte且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

若124Byte＜M≤252Byte，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

若M＜124Byte，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0，此时表示不进行数据封装操作；

S3、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

S4、根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

S5、根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

本发明在FPGA环境下的实现过程如下：

***实现双摄像头的图像采集功能。摄像头图像数据经FPGA采集处理后，经以太网传输给上位机，上位机端对接收的JPEG数据进行解码并实时显示，同时上位机也具有对下位机的配置或控制功能，***功能框图如图5所示。

FPGA功能模块的实现框图如图6所示，***工作时，由W5300配置模块完成对W5300的配置，实现TCP协议的以太网通信，然后PC上位机发送配置命令，经以太网传输给FPGA，FPGA对配置命令进行解析并完成对两路OV2640摄像头的配置，OV2640按照具体配置输出JPEG图像数据，再由FPGA完成对图像数据的分片、封装处理，经过处理的两路图像数据最终经以太网传输给上位机分别显示，上位机端在对图像实时显示的同时可以随时发送控制命令，并经指令解析模块解析，完成暂停某路图像的接收、改变图像输出分辨率、帧率等功能。

数据封装模块完成图像帧的分片、封装功能，将采集到的原始图像帧数据转化为若干图像包文，是实现基于图像分片封装包文的核心，下面对该模块的实现进行说明。

在FPGA中，用两个FIFO分别对两路图像数据进行缓存，具体实现时，不定长数据封装方法的K和C的值以及FIFO的宽度、深度均以参数化定义，这样可以很方便的调整数据封装包的格式。本***实现时，取K值为128Byte，考虑到一定的数据突发因素，取单个FIFO深度为1024、宽度为10（帧开始、结束各1bit，图像数据8bit）。实现框图如图7所示。

上述方法中，数据缓存的读写两侧是相互独立的，可以同时进行，这符合图像数据随时到来的特点，因此数据段打包不会影响图像数据的传输速度。但须注意，使用前述不定长数据封装的M是当前帧的数据总量，而非缓存中有数据的总量，因为图像数据是随时到来的，若当前图像帧数据尚未封装完毕，而下一帧图像又到来时，缓存中将同时存在两帧的图像数据。

动态包长模块即是根据前述不定长数据封装算法实现。在FPGA中，它依据数据封装模块是否空闲以及FIFO中当前图像帧的数据量产生读FIFO数据长度值，因为***有两个FIFO，实现时要根据具体FIFO中的数据量选择所读取的FIFO，若两个FIFO中的数据均满足取数据要求，则对两个FIFO进行轮流选择。所读的FIFO以及读数据量确定后，FIFO根据给定的长度值输出指定长度的图像数据；CRC16码生成模块产生输出图像数据的CRC16校验码；最终，图像数据经数据封装模块添加相应的包头、包尾生成图像包文。这样就完成了对一帧数据的完整分片、封装。

最后图像帧数据以图像包文为单位传输给W5300接口，经以太网传输给上位机，上位机端根据发送端的数据封装协议提取图像数据，并对数据分片进行重组，最后对重组的JPEG图像帧进行解码并实时显示，完成图像采集任务。

从上述内容可知，本发明一种基于图像数据的封装方法及***在封装时考虑到以太网帧格式和JPEG图像帧数据总量不确定的特点，通过动态计算需打包的图像数据的长度，从而能有效避免需填充无效数据的情况，大大减少数据处理的时间，减少网络带宽的占用，而且本发明实现简单，需求设备较少，能有效缩小开发周期，节约成本。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种基于图像数据的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将需要封装的图像数据存储于缓存中；

B、根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

C、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像数据的封装方法，其特征在于：设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述步骤B包括：

B1、若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

B2、若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

B3、若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

B4、若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

B5、若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像数据的封装方法，其特征在于：所述步骤C包括：

C1、根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

C2、根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

C3、根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像数据的封装方法，其特征在于：所述包头包括有效长度和包文类型。

5.根据权利要求3所述的一种基于图像数据的封装方法，其特征在于：所述包尾为校验码。

6.一种基于图像数据的封装***，其特征在于，包括：

存储单元，用于将需要封装的图像数据存储于缓存中；

长度计算单元，用于根据缓存中的当前帧图像数据总量，计算得出所需封装的图像数据长度；

封装单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，对图像数据进行打包并封装。

7.根据权利要求6所述的一种基于图像数据的封装***，其特征在于：设K表示允许的最小包文长度，并取允许的最大包文长度为2K，C表示包文中添加的包头与包尾字节数之和，M表示缓存中当前帧图像数据总量，N表示所需封装的图像数据长度；

则所述长度计算单元包括：

第一判断计算单元，用于若M≥3K-2C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=2K-C；

第二判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为奇数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=(M+1)/2；

第三判断计算单元，用于若2K-C＜M≤3K-2C且M为偶数，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M/2；

第四判断计算单元，用于若K-C＜M≤2K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=M；

第五判断计算单元，用于若M＜K-C，则计算对应的所需封装的图像数据长度N=0。

8.根据权利要求6所述的一种基于图像数据的封装***，其特征在于：所述封装单元包括：

打包单元，用于根据计算得到的所需封装的图像数据长度，从缓冲中取出对应长度的图像数据进行打包；

配置单元，用于根据取出的图像数据，对其配置对应的包头和包尾；

封装执行单元，用于根据包头-图像数据-包尾的格式，对打包后的图像数据进行封装。