CN113079336A - 高速影像的录像方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速影像的录像方法及装置，该方法包括：获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中；将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩；通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。通过上述方法，能有效降低存储的数据量，实现对高帧数的影像进行压缩，压缩后的数据能够有效传输至计算机，达到长时间录制高速影像的效果。
Description
技术领域
本发明涉及高速成像技术领域，特别是涉及一种高速影像的录像方法及装置。
背景技术
在诸多学科研究领域中，通常需要使用高速摄像机观测快速变化的物理或化学现象。在实际应用中，受相机数据传输接口带宽限制，高速相机拍摄的海量图像数据只能存储于相机内存中。因内存成本较高，相机内存容量通常较小，难以实现大容量图像数据存储，从而导致无法长时间拍摄高分辨率视频。
目前影像录像每秒标准帧数为25帧或30帧，双倍帧数则为50帧或是60帧，如果要录制每秒3000帧的影像，因为速度太快数据量太大，目前的方法是直接存入DRAM(动态随机存取存储器)，才能满足影像速度正确储存，但是因为DRAM容量有限，所以只能储存几秒或是几十秒，没办法长时间高速录像，对于瞬间的动态活动需要储存下来，无法刚好存到想要的时间点。
发明内容
基于此，有必要提供一种高速影像的录像方法及装置，能够有效降低存储数据量，长时间录制高速影像。
一种高速影像的录像方法，包括：
获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中；
将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩；
通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。
在其中一个实施例中，所述获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中，包括：
基于高速影像传感器获取所述高速影像数据，将所述高速影像数据分别存储于第一DRAM和第二DRAM中，所述第一DRAM用于写入高速影像数据，所述第二DRAM用于读取高速影像数据。
在其中一个实施例中，所述将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，包括：
采用ping-pong架构交替写入数据和读取数据，在读取时将存储于所述DRAM中的高速影像数据按照帧数依次分配至多个USB控制器中。
在其中一个实施例中，所述在读取时将存储于所述DRAM中的高速影像数据按照帧数依次分配至多个USB控制器中，包括：
将第一帧影像传输至第一USB控制器，将下一帧影像传输至第二USB控制器，依次循环将所述高速影像数据分配至预设数量的USB控制器中。
在其中一个实施例中，所述将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，还包括：
根据需要录制的高速影像的每秒帧数、以及USB控制器的每秒处理帧数，确定所述USB控制器的分配数量。
在其中一个实施例中，所述基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩，包括：
所述USB控制器将所述高速影像数据压缩成h.264格式，将数据量减少至1％～2％。
在其中一个实施例中，所述通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存，包括：
根据所述USB控制器的数量确定所述USB集线器的数量，基于所述USB集线器将所述多个USB控制器中压缩的数据分别存入计算机中，对应形成多个独立的影像数据。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
当需要播放高速影像时，基于预设软件对所述多个独立的影像数据进行解压缩、合并、在压缩后形成新的影像文件，对所述影像文件进行播放。
在其中一个实施例中，所述基于预设软件对所述多个独立的影像数据进行解压缩、合并、在压缩后形成新的影像文件，对所述影像文件进行播放，包括：
播放影像时选取其中一个独立的影像数据作为正常速度播放，在播放过程中选取需要展示高速影像的时间点；
通过预设软件读取所述计算机中存储的影像数据，将所述时间点前后预设时长的多个影像数据合成为新的影像文件；
通过播放器播放试所述影像文件，得到高速摄影下的慢动作影像。
一种高速影像的录像装置，包括影像控制器、DRAM、USB控制器、USB集线器和计算机，所述影像控制器与DRAM电连接，所述影像控制器、USB控制器、USB集线器、计算机依次电连接；
所述影像控制器用于获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中；
所述影像控制器还用于将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩；
所述USB集线器将压缩后的数据传输至所述计算机中储存。
上述高速影像的录像方法及装置，通过获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中，将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩，通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。通过上述方法，能有效降低存储的数据量，实现对高帧数的影像进行压缩，压缩后的数据能够有效传输至计算机，达到长时间录制高速影像的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中的高速影像的录像方法的流程图；
图2为一个实施例中高速影像的录像装置的结构框图；
图3为一个实施例中USB控制器的数据分配示意图；
图4为一个实施例中高速影像读出重组的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一器件称为第二器件，且类似地，可将第二器件称为第一器件。第一器件和第二器件两者都是具有共同属性的器件，但其不是同一器件。
图1为一个实施例中的高速影像的录像方法的流程图，通过本实施例提供的高速影像的录像方法，能够有效降低存储数据量，长时间录制高速影像，储存的超高速图像文件也能以一般速度拨放找出需要的时间点重组成原来的超高速影像。其中高速影像可以理解为每秒具有超高帧数的影像，例如每秒3000帧的影像。超高速影像的数据量计算，以HD影像大小为例：3000fps*1MB＝3000MB/s，相当于每秒3GB的数据量，用64GB DRAM也只能储存21秒，通过本实施例提供的高速影像的录像方法能够实现实时压缩，达到长时间录制高速影像。如图1所示，该高速影像的录像方法包括以下步骤102～步骤106：
步骤102：获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中。
具体的，本实施例基于高速影像传感器获取高速影像数据，例如利用高速摄像机通过CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)影像传感器或者CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)影像传感器采集高帧率的影像，形成高速影像数据。将获取的高速影像数据分别存储于第一DRAM和第二DRAM中，其中，第一DRAM用于写入高速影像数据，第二DRAM用于读取高速影像数据。本实施例将高速影像数据实时高速分别存于两个DRAM，一个写一个读，写入数据完成，切换至读取模式，读取完成再切换至写入模式，提升数据读写效率。
步骤104：将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩。
具体的，采用ping-pong架构交替写入数据和读取数据，ping-pong架构可以是预先设计于DRAM中，由DRAM在读写数据时调用。ping-pong架构是一种数据缓存的手段，通过ping-pong操作可以提高数据传输的效率。通过ping-pong架构定义两个缓存区，当有数据进来的时候，负责写入缓存区的进程就寻找第一个没有被占用而且可写的缓存区，进行写入，写好之后，将占用标志释放，同时设置一个标志提示此缓存区已经可读，然后再接下去找另外一个可写的缓存区，写入新的数据。同理，读入的进程也是一直对缓存区状态进行检测，一旦发现没有被占用，而且已经可以被读，就把这个缓存区的数据取出来，然后标志为可写。
进一步的，在读取数据时将存储于所述DRAM中的高速影像数据按照帧数依次分配至多个USB控制器中。具体的，将第一帧影像传输至第一USB控制器，将下一帧影像传输至第二USB控制器，依次循环将所述高速影像数据分配至预设数量的USB控制器中。例如，要录制一个每秒3000帧的影像需要50个USB控制器，则在读取数据时将DRAM中的高速影像数据分别传输至50个USB控制器。
步骤106：通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。
其中，USB集线器指的是一种可以将一个USB接口扩展为多个，并可以使这些接口同时使用的装置。经过多个USB控制器压缩后的数据传输至USB集线器，通过USB集线器传输至计算机，计算机储存该压缩过的数据，因为经过压缩所以USB带宽可以达成，计算机储存也能轻易达成。需要说明的是，USB集线器可以是1分4集线器，USB集线器的数量可以根据USB控制器的数量确定。基于USB集线器将多个USB控制器中压缩的数据分别存入计算机中，对应形成多个独立的影像数据。
上述高速影像的录像方法，能有效降低存储的数据量，实现对高帧数的影像进行压缩，压缩后的数据能够有效传输至计算机，达到长时间录制高速影像的效果。
参阅图2所示，为一个实施例中高速影像的录像装置的结构框图，基于本实施例提供的高速影像的录像装置，用以实现高速影像的录像方法。具体的，通过超高速影像传感器输出的超高速影像210传输至影像控制器220，影像控制器220会实时将影像数据存储到DRAM 230，再通过DRAM 230中的ping-pong架构进行读写切换。影像控制器220将DRAM 230内的影像数据读出，传输至USB控制器240，因为数据量非常大所以需要多个USB控制器240，例如要录制一个每秒3000帧的影像，而一个USB控制器240的处理能力为每秒60帧，则需50个USB控制器240，USB控制器240将影像压缩成h.264格式，数据量会减少成1％～2％，再传至USB集线器250，通过USB集线器250传输至计算机260，计算机260则储存经过压缩后的档案，因为经过压缩所以USB带宽可以达成，计算机储存也能轻易达成。
参阅图3所示，为一个实施例中USB控制器的数据分配示意图，其中，将第一帧影像传输至第一USB控制器，将下一帧影像传输至第二USB控制器，依次循环将所述高速影像数据分配至预设数量的USB控制器中。具体的，以录制一个每秒3000帧的影像需要50个USB控制器为例，采用ping-pong架构，在读取时将DRAM中的数据分别送至50个USB控制器，50个USB控制器同时运作，每帧影像安排如图3所示，第一帧传至USB控制器1，第二帧传至USB控制器2，第50帧传至USB控制器50，如此循环传送，能使每个USB控制器的处理帧数降至60fps，USB控制器就能很轻易将数据压缩，例如压缩成h.264，压缩完成之压缩图像文件透过USB接口传送至计算机储存。
在一个实施例中，上述通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存，也即步骤106包括：根据USB控制器的数量确定USB集线器的数量，基于USB集线器将多个USB控制器中压缩的数据分别存入计算机中，对应形成多个独立的影像数据。具体的，压缩后之数据因为压缩比约100倍，3GB/s数据能降至30MB/s～60MB/s，尚低于USB3.0带宽(约500MB/s)，所以能有效传至计算机，传至计算机后，计算机会储存成50个档案，每个档案为一独立影像数据。
在一个实施例中，该高速影像的录像方法还包括：当需要播放高速影像时，基于预设软件对所述多个独立的影像数据进行解压缩、合并、在压缩后形成新的影像文件，对所述影像文件进行播放。具体的，播放影像时选取其中一个独立的影像数据作为正常速度播放，在播放过程中选取需要展示高速影像的时间点；通过预设软件读取所述计算机中存储的影像数据，将所述时间点前后预设时长的多个影像数据合成为新的影像文件；通过播放器播放试所述影像文件，得到高速摄影下的慢动作影像。
举例来说，播放时选取其中一个档案当作正常速度播放，在播放过程中找到需要高速摄影的时间点，如图4所示，假设时间点为x点，通过软件可将x点前后设定一个时间例如各一分钟，影像软件读取50个档案将x点前后一分钟的影像再合成为一新的图像文件，例如File x，File x＝…,x-50,x-49,….,x-2,x-1,x,x+1,x+2,…,x+49,x+50,…，则File x就是x点前后一分钟的高速影像，利用每秒30帧或是60帧的拨放器就能得到高速摄影下的慢动作影像。
上述高速影像的录像方法及装置，通过获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中，将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩，通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。通过上述方法，能有效降低存储的数据量，实现对高帧数的影像进行压缩，压缩后的数据能够有效传输至计算机，达到长时间录制高速影像的效果。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高速影像的录像方法，其特征在于，包括：
获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中；
将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩；
通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中，包括：
基于高速影像传感器获取所述高速影像数据，将所述高速影像数据分别存储于第一DRAM和第二DRAM中，所述第一DRAM用于写入高速影像数据，所述第二DRAM用于读取高速影像数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，包括：
采用ping-pong架构交替写入数据和读取数据，在读取时将存储于所述DRAM中的高速影像数据按照帧数依次分配至多个USB控制器中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在读取时将存储于所述DRAM中的高速影像数据按照帧数依次分配至多个USB控制器中，包括：
将第一帧影像传输至第一USB控制器，将下一帧影像传输至第二USB控制器，依次循环将所述高速影像数据分配至预设数量的USB控制器中。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，还包括：
根据需要录制的高速影像的每秒帧数、以及USB控制器的每秒处理帧数，确定所述USB控制器的分配数量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩，包括：
所述USB控制器将所述高速影像数据压缩成h.264格式，将数据量减少至1％～2％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过USB集线器将压缩后的数据传输至计算机中储存，包括：
根据所述USB控制器的数量确定所述USB集线器的数量，基于所述USB集线器将所述多个USB控制器中压缩的数据分别存入计算机中，对应形成多个独立的影像数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当需要播放高速影像时，基于预设软件对所述多个独立的影像数据进行解压缩、合并、在压缩后形成新的影像文件，对所述影像文件进行播放。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于预设软件对所述多个独立的影像数据进行解压缩、合并、在压缩后形成新的影像文件，对所述影像文件进行播放，包括：
播放影像时选取其中一个独立的影像数据作为正常速度播放，在播放过程中选取需要展示高速影像的时间点；
通过预设软件读取所述计算机中存储的影像数据，将所述时间点前后预设时长的多个影像数据合成为新的影像文件；
通过播放器播放试所述影像文件，得到高速摄影下的慢动作影像。
10.一种高速影像的录像装置，其特征在于，包括影像控制器、DRAM、USB控制器、USB集线器和计算机，所述影像控制器与DRAM电连接，所述影像控制器、USB控制器、USB集线器、计算机依次电连接；
所述影像控制器用于获取高速影像数据，将所述高速影像数据实时存储于DRAM中；
所述影像控制器还用于将存储于所述DRAM中的高速影像数据读出，按照预设处理策略分别传输至多个USB控制器中，基于多个所述USB控制器对所述高速影像数据进行压缩；
所述USB集线器将压缩后的数据传输至所述计算机中储存。
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