CN114286035B - 图像采集卡、图像采集方法及图像采集*** - Google Patents
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Abstract
本申请提出了图像采集卡、图像采集方法及图像采集***。其中,一种图像采集卡,包括:至少一个以太网物理层芯片;通信总线;图像处理芯片,包括至少一个图像处理子***,其中,每个图像处理子***通过所述以太网物理层芯片与相机通信,并通过所述通信总线与计算设备通信;存储器,与所述图像处理芯片耦接;其中,每个图像处理子***,用于:获取来自相机的网络数据包,所述网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包;按照所述预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧;将所述图像帧缓存到所述存储器中;根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧。
Description
技术领域
本申请涉及图像技术领域,特别涉及图像采集卡、图像采集方法及图像采集***。
背景技术
在一些图像采集场景中,工控计算机可以通过交换机与多个工业相机通信连接,或者工控计算机与工业相机直接连接。工控计算机通过网卡获取工业相机的图像数据。图像数据例如为按照GigE Vision等传输协议传输的网络数据包。工控计算机的处理器可以按照传输协议对图像数据进行解码、丢包检测、图像组帧、图像无损解压缩等操作。
随着工业相机分辨率、帧率、行频等指标的提升,工控计算机需要处理的图像数据量也极大增加。
然而,工控计算机的网卡和交换机缓存容量低,工控计算机的处理器在不能及时处理接收到的网络数据包时,会导致网卡的缓存溢出、丢包和图像不完整。简言之,在面对高数据量的图像采集场景时,目前的图像采集方案容易出现数据溢出丢失的问题。
发明内容
为此,本申请提出了新的图像采集方案,能够利用图像采集卡替代网卡和交换机的组合,有助于解决数据溢出丢失的问题。
根据本申请一个方面,提供一种图像采集卡,包括:
至少一个以太网物理层芯片;
通信总线;
图像处理芯片,包括至少一个图像处理子***,其中,每个图像处理子***通过所述以太网物理层芯片与相机通信,并通过所述通信总线与计算设备通信;
存储器,与所述图像处理芯片耦接;
其中,每个图像处理子***,用于:
获取来自相机的网络数据包,所述网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包;
按照所述预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧;
将所述图像帧缓存到所述存储器中;
根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧。
在一些实施例中,在向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧之前,每个图像处理子***还用于:对所述图像帧进行数据处理其中,所述数据处理包括下述中至少一个:解压缩、数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。
在一些实施例中,所述图像处理芯片还包括:
通信总线子***,用于通过通信总线与计算设备通信;
调度单元,接收来自图像处理子***的数据,并将接收的数据发送到通信总线子***;所述通信总线子***将接收的数据发送到计算设备;处理器,用于对以太网物理层芯片的寄存器进行配置;
寄存器配置单元,用于根据来自计算设备的配置指示,对图像处理子***中的寄存器进行配置。
在一些实施例中,所述网络数据包还包括:控制指令数据包;
所述图像处理子***包括:
流处理子***;
介质访问控制单元,用于接收以太网物理层芯片的数据流,并根据所述数据流生成所述网络数据包;
控制指令处理单元;
信号处理子***;
包生成单元;
仲裁单元,用于:接收来自介质访问控制单元的网络数据包,将网络数据包中图像数据包发送到流处理子***,并将网络数据包中控制指令数据包发送到控制指令处理单元;
其中,流处理子***,对图像数据包进行解码而生成图像帧,并将图像帧存储到存储器中;
控制指令处理单元,将控制指令数据包发送到计算设备;
流处理子***,还用于从存储器获取图像帧,并将图像帧传输到信号处理子***;
信号处理子***,用于将无压缩的图像帧发送到包生成单元;
包生成单元,用于将图像帧转换为符合通信总线传输格式的传输数据包,并将传输数据包传输到计算设备。
在一些实施例中,所述流处理子***包括:
解码单元,用于按照预定图像传输协议对图像数据包进行解码,得到图像帧;
存储管理单元,用于管理存储器的存储空间;
缓存写入单元,用于获取来自解码单元的图像帧,从存储管理单元申请存储器中的存储空间,并将图像帧写入到申请到的存储空间中;
缓存读取单元,用于从存储管理单元获取存储器中图像帧的存储地址,并根据存储地址读取图像帧;
图像传输单元,用于从缓存读取单元获取图像帧,并将图像帧传输到信号处理子***。
在一些实施例中,
所述信号处理子***包括:
解压缩单元;
旁路单元;
分析单元,用于:分析图像帧是否为经压缩的图像帧,在图像帧为经压缩的图像帧时将图像帧传输到解压缩单元,在图像帧为未压缩的图像帧时将图像帧传输到旁路单元;
多路复用单元,用于获取解压缩单元输出的图像帧或者旁路单元输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元。
在一些实施例中,所述信号处理子***包括:
解压缩单元,用于将经压缩的图像帧解码为未压缩的图像帧;
旁路单元;
信号处理单元,用于对图像帧进行图像信号处理,其中,所述图像信号处理包括下述中至少一个:数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理;
分析单元,用于:分析接收到的图像帧是否为经压缩的图像帧,在图像帧为经压缩的图像帧时将图像帧传输到解压缩单元;在接收到的图像帧为未压缩的图像帧时,根据配置信息将图像帧传输到旁路单元和信号处理单元之一,所述配置信息用于指定旁路单元和信号处理单元之一:
多路复用单元,用于获取解压缩单元,旁路单元和信号处理单元输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元。在一些实施例中,
所述图像处理芯片进一步包括:通信总线子***和调度单元;
每个图像处理子***将图像帧和控制指令数据包发送到所述调度单元;
所述调度单元,依次将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***;
通信总线子***,将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中,以及从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元;
调度单元,将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元;
控制指令处理单元,通过介质访问控制单元将来自计算设备的控制指令数据包发送到相机。
在一些实施例中,
所述图像处理芯片进一步包括:通信总线子***;
所述包生成单元还用于通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令向通信总线子***返回图像存储地址;
所述包生成单元通过通信总线子***向所述图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧;
控制指令处理单元通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输控制指令数据包的第三中断指令,以便计算设备响应于第三中断指令向通信总线子***返回指令存储地址;
控制指令处理单元通过通信总线子***向所述指令存储地址传输控制指令数据包,并在完成对控制指令数据包的传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成指令传输的第四中断指令,以便计算设备响应于第四中断指令处理控制指令数据包。
在一些实施例中,所述通信总线子***还用于从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元;
寄存器配置单元,用于根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置;
所述通信总线子***还用于从寄存器配置单元获取寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备。
在一些实施例中,
所述调度单元包括:调度写入单元和调度读取单元;
所述通信总线子***包括:总线控制器、直接内存写入单元、直接内存读取单元、寄存器写入单元和寄存器读取单元;
其中,调度写入单元依次将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***的直接内存写入单元;
所述总线控制器,用于:
指示直接内存写入单元将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中;
指示直接内存读取单元从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元的调度读取单元;指示寄存器写入单元从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元,以便寄存器配置单元根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置;
指示寄存器读取单元从寄存器配置单元获取寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备;
其中,调度读取单元,用于将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元。
根据本申请一个方面,提供一种图像采集方法,所述方法应用于图像采集卡,所述方法包括:
获取来自相机的网络数据包,所述网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包;
按照所述预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧;
将所述图像帧缓存到所述存储器中;
根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧。
在一些实施例中,所述根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧,包括:
向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令返回图像存储地址;
向所述图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧。
根据本申请一个方面,提供一种图像处理***,包括:
至少一个相机;
根据本申请实施例的图像采集卡;
计算设备。
综上,根据本申请实施例的图像采集卡,能够代替计算设备中处理器的一些处理操作,例如替代计算设备中处理器对多个相机的图像数据包进行解码和图像帧缓存。本申请实施例的图像采集卡能够替代计算设备的处理器对图像数据包进行解码,从而节省计算设备中计算资源。另外,本申请实施例的图像采集卡通过对多个相机的图像数据包进行解码和对图像帧进行缓存,有助于解决由于计算设备处理速度波动导致的数据溢出丢失。另外,本申请实施例的图像采集卡能够根据计算设备对图像的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧,使得向计算设备传输的数据量与计算设备的处理能力相匹配,以减少或避免图像采集卡所发送的图像帧超过计算设备的处理能力的情况,进而能够减少或避免计算设备出现数据溢出丢失的情况。
附图说明
图1A示出了一些实施例的图像采集***的示意图;
图1B示出了一些实施例的图像采集***的示意图;
图2示出了本申请一些实施例的图像采集卡的示意图;
图3示出了根据本申请一些实施例的图像采集***的图像采集方法300的流程图;
图4示出了根据本申请一些实施例的图像处理芯片的示意图;
图5示出了根据本申请一些实施例的图像处理子***的示意图;
图6示出了根据本申请一些实施例的流处理子***的示意图;
图7示出了根据本申请一些实施例的信号处理子***的示意图;
图8示出了根据本申请一些实施例的信号处理子***的示意图;
图9示出了根据本申请一些实施例的信号处理单元的示意图;
图10示出了根据本申请一些实施例的调度单元和通信总线子***的示意图;
图11示出了根据本申请一些实施例的图像采集方法1100的流程图;
图12示出了根据本申请一些实施例的向计算设备发送图像帧的方法1200的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本申请进一步详细说明。
图1A示出了一些实施例的图像采集***的示意图。图1B示出了一些实施例的图像采集***的示意图。在图1A所示的场景中,图像采集***可以包括一个工业相机和一个工控计算机。工控计算机通过网卡与单个工业相机通信,接收工业相机采集的图像数据。在图1B所示的场景中,图像采集***可以包括多个工业相机、交换机和工控计算机。
这里,工业相机例如可以基于GigE Vision协议进行图像传输。GigE Vision为由自动化影像协会AIA(Automated Imaging Association)发起指定的一种基于千兆以太网的图像传输的标准,适用于工业成像应用。GigE Vision协议包括GVCP(GigE VisionControl Protocol)控制协议和GVSP(GigE Vision Streaming Protocol)图像流传输协议。工业相机基于GigE Vision协议,可以将单个图像帧拆分为例如9KB大小的网络数据包,在基于千兆以太网的硬件架构上实现图像传输,最高传输速率可以达到1Gb/s。另外说明的是,工业相机可以在传输图像帧之前,对图像帧进行无损压缩。工控计算机通过千兆或者万兆网卡接收网络数据包,并通过处理器对离散的网络数据包进行解码,重新组成图像帧,实现图像的完整接收。
由于工控计算机网卡和交换机缓存容量有限,工控计算机一旦不能及时处理接收到的网络数据包,就会导致网卡的缓存溢出、丢包和图像不完整。简言之,在面对高数据量的图像采集场景时,图1A及1B所示图像采集***容易出现数据溢出丢失的问题。
本申请提出了一种图像采集卡,并利用图像采集卡替代图像采集***中网卡和交换机,有助于解决数据溢出丢失的问题。下面结合图2对本申请实施例的图像采集卡进行说明。
图2示出了本申请一些实施例的图像采集卡的示意图。
如图2所示,图像采集卡可以包括:至少一个以太网物理层(PHY)芯片1、通信总线2、图像处理芯片3和存储器4。图像处理芯片3包括至少一个图像处理子***。例如,图2示出了4个图像处理子***31,但不限于此。
其中,每个图像处理子***通过以太网物理层芯片与相机通信,并通过通信总线与计算设备通信。
在一些实施例中,每个图像处理子***配置有一个以太网物理层芯片,并与一个相机通信。图像处理子***与以太网物理层芯片为一一对应关系。每个图像处理子***通过一个以太网物理层芯片与一个相机通信,并通过通信总线与计算设备通信。这样,本申请实施例的图像采集卡可以并行处理多路图像帧,从而提高处理多路图像帧的数据处理效率。计算设备例如为工控计算机,但不限于此。图像处理芯片3例如可以基于FPGA芯片实现。但不限于此,图像处理芯片也可以由逻辑门、开关、专用集成电路(ASIC)、片上***(SoC)或者数字信号处理器(DSP)等来实现。通信总线2例如为PCI-Express等通信接口。
存储器4,与图像处理芯片3耦接。存储器4例如为高速随机存取存储器,例如DRAM、SRAM、DDR SDRAM等。每个图像处理子***用于:获取来自相机的网络数据包。这里,相机例如可以基于UDP协议传输网络数据包。网络数据包可以包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装得到的图像数据包。这里,预定图像传输协议例如为GigE Vision协议。图像数据包例如为GVSP数据包。
图像处理子***31按照预定图像传输协议对图像数据包进行解码,得到图像帧。图像处理子***31将图像帧缓存到存储器中。图像处理子***可以根据计算设备对图像的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧。换言之,图像处理子***向计算设备发送图像帧的数据传输量与计算设备的处理能力相匹配,以减小图像采集卡所发送的图像帧超过计算设备的处理能力的情况,进而能够减少计算设备出现数据溢出丢失的情况。
综上,根据本申请实施例的图像采集卡,不同于网卡,能够代替计算设备中处理器的一些处理操作,例如替代计算设备中处理器对多个相机的图像数据包进行解码和图像帧缓存。本申请实施例的图像采集卡能够替代计算设备的处理器对图像数据包进行解码,从而节省计算设备中计算资源。另外,本申请实施例的图像采集卡通过对多个相机的图像数据包进行解码和对图像帧进行缓存,有助于解决由于计算设备处理速度波动导致的数据溢出丢失。另外,本申请实施例的图像采集卡能够根据计算设备对图像的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧,使得向计算设备传输的数据量与计算设备的处理能力相匹配,以减少或避免图像采集卡所发送的图像帧超过计算设备的处理能力的情况,进而能够减少或避免计算设备出现数据溢出丢失的情况。
在一些实施例中,每个图像处理子***31还用于:对图像帧进行数据处理。其中,数据处理包括解压缩和图像信号处理中至少一个。这里,解压缩例如为将已压缩的图像帧解码为无压缩的图像帧。图像信号处理例如可以包括下述中至少一个:数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理等。这样,图像采集卡能够对图像进行数据处理,从而能够节省计算设备的计算资源和提高计算设备处理图像的速率,进而提高将图像传输到计算设备的速率。
图3示出了根据本申请一些实施例的图像采集***的图像采集方法300的流程图。
如图3所示,在步骤S301中,由相机生成图像帧,并对图像帧进行封装,得到图像数据包。这里,相机生成图像帧后,可以按照GigE Vision等预定图像传输协议对图像帧进行数据包封装。例如,相机按照GigE Vision协议将一个图像帧分割成帧头(Leader)包、有效数据(Payload)包、帧尾(Trailer)包三种类型的用户数据包协议(UDP)数据包。Leader包中包含图像起始信息和图像格式信息,Trailer包中包含图像结束信息,Payload包为图像有效数据。一个图像帧对应的UDP数据包可以包含一个Leader包、多个Payload包、一个Trailer包。
在步骤S302中,由图像采集卡接收图像数据包,并对图像数据包进行解码,得到图像帧。例如,图像采集卡可以按照GigE Vision协议进行解码。
在步骤S303中,由图像采集卡将图像帧缓存到存储器中。
在一些实施例中,在向计算设备传输图像帧之前,图像采集卡还可以对图像帧进行数据处理。图像处理例如包括下述中至少一个:解压缩、数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。例如,在缓存的图像帧为无损压缩的图像帧时,图像采集卡可以对图像帧进行解压缩处理。若图像帧未经过压缩处理,则图像采集卡不需要解压缩处理。另外,图像采集卡还可以对图像帧进行数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理等图像信号处理。
在步骤S304中,由图像采集卡通过通信总线将图像帧传输到计算设备。这里,图像采集卡可以根据计算设备对图像的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧。换言之,图像采集卡的向计算设备的传输速率取决于计算设备对图像的处理效率。
综上,根据本申请实施例的图像采集方法300,能够利用图像采集卡代替计算设备中处理器对多个相机的图像数据包进行解码、数据处理和图像帧缓存。本申请实施例的图像采集方法300能够避免计算设备的处理器对图像数据包进行解码和数据处理,从而节省计算设备中计算资源。另外,本申请实施例的图像采集方法300通过对多个相机的图像数据包进行解码和对图像帧进行缓存,有助于解决由于计算设备处理速度波动导致的数据溢出丢失。
图4示出了根据本申请一些实施例的图像处理芯片的示意图。
如图4所示,图像处理芯片还包括:调度单元(Scheduler)32、处理器33和寄存器配置单元(Register configurationunit)34和通信总线子***35。
其中,处理器33例如可以是通过FPGA实现的软处理器(soft CPU)、也可以是中央处理器(CPU)或者微处理器(MCU),本申请对此不做限制。处理器33用于对以太网物理层芯片的寄存器进行配置。需要说明的是,由于图像采集卡可以通过处理器33对以太网物理层芯片进行配置,本申请实施例的图像采集卡在上电工作后,能够对以太网物理层芯片进行配置,而不需要等待在计算设备启动完成后由计算设备对以太网物理层芯片进行配置,从而能够使得以太网物理层芯片更快进入工作状态,进而能够使得图像采集卡更快地开始接收来自相机的数据。
寄存器配置单元34用于根据来自计算设备的配置指示,对图像处理子***中寄存器(图4未示出)进行配置。
通信总线子***35用于通过通信总线2与计算设备通信。调度单元32与通信总线子***耦接。其中,图像处理芯片3中每个图像处理子***31可以将待发送到计算设备的数据直接发送到调度单元32。调度单元32可以接收来自图像处理子***的数据,并将数据发送到通信总线子***35。通信总线子***35可以通过通信总线2将数据发送到计算设备。简言之,图像处理芯片3中图像处理子***31通过调度单元32和通信总线子***35,共享通信总线。
在一些实施例中,图像采集卡还包括存储器控制器36和内部互联总线37。存储器控制器36例如为DDR控制器(DDR Controller)。内部互联总线37例如为FPGA内部互联总线Interconnect。图像采集卡中图像处理子***31可以通过内部互联总线37与存储器控制器36连接。这样,图像处理子***31可以利用存储器控制器36在存储器4中存储图像帧。
图5示出了根据本申请一些实施例的图像处理子***的示意图。
网络数据包除了可以包括图像数据包之外,还可以包括控制指令数据包。换言之,一个网络数据包可以是图像数据包或者控制指令数据包。这里,控制指令数据包例如为GVCP数据包。
如图5所示,每个图像处理子***31包括:流处理子***(GVSP Subsystem)311、介质访问控制单元(MAC)312、控制指令处理单元(GVCP)313、信号处理子***(ISPSubsystem)314、包生成单元(Packet Generate)315和仲裁单元(MACArbiter)316。
介质访问控制单元312,用于接收以太网物理层芯片的数据流,并根据数据流生成网络数据包。例如,介质访问控制单元312可以生成两种类型的网络数据包,即GVCP数据包和GVSP数据包。
仲裁单元316用于接收来自介质访问控制单元315的网络数据包,分析网络数据包的类型。仲裁单元316将网络数据包中图像数据包发送到流处理子***311,并将网络数据包中控制指令数据包发送到控制指令处理单元313。这里,控制指令数据包例如可以涉及相机的状态参数、相机的配置参数等。换言之,仲裁单元316可以将GVSP和GVCP数据包进行分离。
流处理子***311对图像数据包进行解码而生成图像帧,并将图像帧存储到存储器4中。
控制指令处理单元313将控制指令数据包发送到计算设备。另外,控制指令处理单元313也可以接收来自计算设备的控制指令数据包,并且通过介质访问控制单元312将控制指令数据包发送到相机。
流处理子***311还用于从存储器获取图像帧,并将图像帧传输到信号处理子***314。
信号处理子***314用于将无压缩的图像帧发送到包生成单元315。这里,信号处理子***314用硬件方式实现图像的无损解压缩功能。这里,由于信号处理子***314经过解压缩,图像采集卡接收到的图像的数据量变大,而向计算设备发送的图像的数据量也变大。这样,图像采集卡通过信号处理子***,能够提高图像传输带宽,且使得解压缩过程不占用任何计算设备中处理器资源。
包生成单元315用于将图像帧转换为符合通信总线传输格式的传输数据包,并通过通信总线将传输数据包传输到计算设备。例如,符合通信总线传输格式的传输数据包的数据量不超过数据量阈值。相机采集的图像帧可以有不同的数据量。包生成单元315可以将不同数据量的图像帧统一拆分为不超过数据量阈值的传输数据包,以便于通信总线正确传输数据。
在一些实施例中,包生成单元315通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令向通信总线子***返回图像存储地址。这里图像存储地址例如为内存中用于存储图像帧的首地址。在此基础上,包生成单元315可以经由调度单元32、通信总线子***35和通信总线2,向计算设备发送图像帧。
包生成单元315通过通信总线子***向图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧。这样,图像采集卡通过向计算设备发送中断指令的方式,能够在计算设备处理图像帧之前暂停向计算设备发送新的图像帧,并且可以在计算设备处理图像帧之后向计算设备发送新的图像帧。换言之,图像采集卡通过向计算设备发送中断指令的方式,能够根据计算设备处理效率向计算设备发送图像帧,从而能够使得图像采集卡发送图像的数据量与计算设备的处理能力相匹配,进而避免图像采集卡所发送的图像帧超过计算设备的处理能力,以及能够避免计算设备出现数据溢出丢失的情况。
在一些实施例中,控制指令处理单元313通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输控制指令数据包的第三中断指令,以便计算设备响应于第三中断指令向通信总线子***返回指令存储地址。
控制指令处理单元313通过通信总线子***35向指令存储地址传输控制指令数据包,并在完成对控制指令数据包的传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成指令传输的第四中断指令,以便计算设备响应于第四中断指令处理控制指令数据包。这样,相机向计算设备传输的指令数据包可以通过图像采集卡到达计算设备。
综上,图像采集卡可以通过向计算设备发送中断指令,并且等待计算设备响应中断指令的方式,实现图像采集卡的数据传输速率和计算设备的处理效率相匹配。即,实现了根据计算设备对图像和来自相机的控制指令数据包的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧和控制指令数据包。
图6示出了根据本申请一些实施例的流处理子***的示意图。
如图6所示,流处理子***311包括:解码单元(Decode Unit)3111、存储管理单元(MMU)3112、缓存写入单元(DMA Write Unit)3113、缓存读取单元(DMAReadUnit)3114和图像传输单元(Image Transmit Unit)3115。
解码单元3111用于对按照预定图像传输协议对图像数据包进行解码,得到图像帧。
存储管理单元3112,用于管理存储器4的存储空间。另外,存储管理单元3112还可以检测图像帧的完整性,处理丢包、丢帧、坏帧等多种图像不完整情况。例如,存储管理单元3112可以将不完整的图像帧进行删除处理。
缓存写入单元3113,用于获取来自解码单元3111的图像帧,从存储管理单元3112申请存储器4中的存储空间,并将图像帧写入到申请到的存储空间中。缓存写入单元例如以直接内存访问(DMA)方式在存储器4中写入图像帧。
缓存读取单元3114,用于从存储管理单元3114获取存储器中图像帧的存储地址,并根据存储地址读取图像帧。
图像传输单元3115,用于从缓存读取单元3114获取图像帧并传输到信号处理子***314。
图7示出了根据本申请一些实施例的信号处理子***的示意图。
如图7所示,信号处理子***314包括:解压缩单元3141、旁路单元3142、分析单元3143和多路复用单元3145。
分析单元3143用于:分析图像帧是否为经压缩的图像帧。在图像帧为经压缩的图像帧时,分析单元3143将图像帧传输到解压缩单元3141。在图像帧为未压缩的图像帧时,分析单元3143将图像帧传输到旁路单元3142。旁路单元3142不会对接收到的图像帧进行处理。
多路复用单元3145,用于获取解压缩单元3141输出的图像帧和旁路单元3142输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元315。
综上,信号处理子***314可以对压缩格式的图像帧进行解压缩处理,从而使得图像采集卡能够替代计算设备进行解压缩处理。
图8示出了根据本申请一些实施例的信号处理子***的示意图。
如图8所示,信号处理子***314包括:解压缩单元3141、旁路单元3142、分析单元3143、多路复用单元3145和信号处理单元3146。
解压缩单元3141用于将经压缩的图像帧解码为未压缩的图像帧。
信号处理单元3146用于对图像帧进行图像信号处理。其中,图像信号处理例如可以包括下述中至少一个:数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。在一些实施例中,信号处理单元3146为图9所示的结构。如图9所示,信号处理单元3146可以包括:数字增益单元901、拜耳插值单元902、色彩校正单元903、伽马校正单元904、色彩空间转换单元905和锐化处理单元906,以对图像帧进行数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。
分析单元3143用于:分析接收到的图像帧是否为经压缩的图像帧,在图像帧为经压缩的图像帧时将图像帧传输到解压缩单元3141。在接收到的图像帧为未压缩的图像帧时,根据配置信息将图像帧传输到旁路单元3142和信号处理单元3146之一。这里,配置信息用于指定旁路单元和信号处理单元之一。例如,计算设备可以通过通信总线向寄存器配置单元发送对信号处理单元的配置信息。寄存器配置单元可以按照配置信息配置信号处理子***314的寄存器。这样,分析单元3143会按照配置信息将未压缩的图像帧发送到旁路单元3142(或信号处理单元3146)。
多路复用单元3145用于获取解压缩单元3141,旁路单元3142和信号处理单元3146输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元315。
综上,信号处理子***314能够对图像帧进行例如解压缩或者图像信号处理操作,从而能够节省计算设备的计算消耗。
在一些实施例中,每个图像处理子***31可以将图像帧和控制指令数据包发送到调度单元32。
调度单元32依次将每个图像处理子***31的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***35。
通信总线子***35通过通信总线控制器控制通信总线,将每个图像处理子***31的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中。
通信总线子***35从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元32。
调度单元32将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元313。
控制指令处理单元313通过介质访问控制单元312将来自计算设备的控制指令数据包发送到相机。
在一些实施例中,通信总线子***35还用于从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元34。这样,寄存器配置单元34可以根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置。通信总线子***35还用于从寄存器配置单元34获取图像处理子***的寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备。这样,计算设备可以获取图像处理子***寄存器的状态参数,并且可以在获取的状态参数的基础上,重新进行参数配置。计算设备可以通过向图像处理子***发送与参数配置有关的写指示,从而能够指示图像处理子***对寄存器进行配置。图10示出了根据本申请一些实施例的调度单元和通信总线子***的示意图。
如图10所示,调度单元32可以包括:调度写入单元321和调度读取单元322。
通信总线子***35包括:总线控制器351、直接内存写入单元352、直接内存读取单元353、寄存器写入单元354和寄存器读取单元355。
其中,调度写入单元321依次将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***35的直接内存写入单元352。
总线控制器351,用于:指示直接内存写入单元352将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中。
总线控制器351还可以指示直接内存读取单元353从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元32的调度读取单元322。
调度读取单元322将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元313。
总线控制器351还可以指示寄存器写入单元354从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元34,以便寄存器配置单元34根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置。
总线控制器351还可以指示寄存器读取单元355从寄存器配置单元34获取图像处理子***的寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备。
综上,调度单元32可以使得图像采集卡中不同图像处理子***31共享通信总线子***35。通信总线子***35可以实现图像采集卡与计算设备的数据通信。
图11示出了根据本申请一些实施例的图像采集方法1100的流程图。图像采集方法1100例如可以在图像采集卡中执行。
如图11所示,在步骤S1101中,获取来自相机的网络数据包。网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包。
在步骤S1102中,按照预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧。
在步骤S1103中,将图像帧缓存到所述存储器中。
在步骤S1104中,根据计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧。
根据本申请实施例的图像采集方法能够在图像采集卡中执行。这样,图像采集卡能够代替计算设备中处理器的一些处理操作,例如替代计算设备中处理器对多个相机的图像数据包进行解码和图像帧缓存。本申请实施例的图像采集方法能够避免计算设备的处理器对图像数据包进行解码,从而节省计算设备中计算资源。另外,本申请实施例的图像采集方法通过对多个相机的图像数据包进行解码和对图像帧进行缓存,有助于解决由于计算设备处理速度波动导致的数据溢出丢失。另外,本申请实施例的图像采集方法能够根据计算设备对图像的处理效率,向计算设备传输存储在存储器中的图像帧,使得向计算设备传输的数据量与计算设备的处理能力相匹配,以减少或避免图像采集卡所发送的图像帧超过计算设备的处理能力的情况,进而能够减少或避免计算设备出现数据溢出丢失的情况。
在一些实施例中,方法1100在向计算设备发送图像帧之前,还可以对图像帧进行数据处理,其中,数据处理包括下述中至少一个:解压缩、数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。这样,方法1100可以替代计算设备进行前述数据处理,以便节省计算设备的计算资源和提高计算设备接收图像帧的速率。
在一些实施例中,步骤S1104可以实施为方法1200。
如图12所示,在步骤S1201中,向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令返回图像存储地址。这里图像存储地址例如为内存中用于存储图像帧的首地址。
在步骤S1202中,向图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧。
综上,方法1200可以通过向计算设备发送中断指令,并且等待计算设备响应中断指令的方式,实现图像采集卡的数据传输速率和计算设备的处理效率相匹配。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (13)
1.一种图像采集卡,其特征在于,包括:
至少一个以太网物理层芯片;
通信总线;
图像处理芯片,包括至少一个图像处理子***,其中,每个图像处理子***通过所述以太网物理层芯片与相机通信,并通过所述通信总线与计算设备通信;
存储器,与所述图像处理芯片耦接;
其中,每个图像处理子***,用于:
获取来自相机的网络数据包,所述网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包;
按照所述预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧;
将所述图像帧缓存到所述存储器中;
根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧;
所述图像处理芯片还包括:通信总线子***,用于通过通信总线与计算设备通信;所述图像处理子***包括:包生成单元,用于将图像帧转换为符合通信总线传输格式的传输数据包,并将传输数据包传输到计算设备;
其中,所述包生成单元通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令向通信总线子***返回图像存储地址;所述包生成单元通过通信总线子***向所述图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧。
2.如权利要求1所述的图像采集卡,其特征在于,在向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧之前,每个图像处理子***还用于:对所述图像帧进行数据处理,其中,所述数据处理包括下述中至少一个:解压缩、数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理。
3.如权利要求1所述的图像采集卡,其特征在于,所述图像处理芯片还包括:
调度单元,接收来自图像处理子***的数据,并将接收的数据发送到通信总线子***;所述通信总线子***将接收的数据发送到计算设备;
处理器,用于对以太网物理层芯片的寄存器进行配置;
寄存器配置单元,用于根据来自计算设备的配置指示,对图像处理子***中的寄存器进行配置。
4.如权利要求1所述的图像采集卡,其特征在于,所述网络数据包还包括:控制指令数据包;
所述图像处理子***还包括:
流处理子***;
介质访问控制单元,用于接收以太网物理层芯片的数据流,并根据所述数据流生成所述网络数据包;
控制指令处理单元;
信号处理子***;
仲裁单元,用于:接收来自介质访问控制单元的网络数据包,将网络数据包中图像数据包发送到流处理子***,并将网络数据包中控制指令数据包发送到控制指令处理单元;
其中,流处理子***,对图像数据包进行解码而生成图像帧,并将图像帧存储到存储器中;
控制指令处理单元,将控制指令数据包发送到计算设备;
流处理子***,还用于从存储器获取图像帧,并将图像帧传输到信号处理子***;
信号处理子***,用于将无压缩的图像帧发送到包生成单元。
5.如权利要求4所述图像采集卡,其特征在于,所述流处理子***包括:
解码单元,用于按照预定图像传输协议对图像数据包进行解码,得到图像帧;
存储管理单元,用于管理存储器的存储空间;
缓存写入单元,用于获取来自解码单元的图像帧,从存储管理单元申请存储器中的存储空间,并将图像帧写入到申请到的存储空间中;
缓存读取单元,用于从存储管理单元获取存储器中图像帧的存储地址,并根据存储地址读取图像帧;
图像传输单元,用于从缓存读取单元获取图像帧,并将图像帧传输到信号处理子***。
6.如权利要求4所述图像采集卡,其特征在于,所述信号处理子***包括:
解压缩单元;
旁路单元;
分析单元,用于:分析图像帧是否为经压缩的图像帧,在图像帧为经压缩的图像帧时将图像帧传输到解压缩单元,在图像帧为未压缩的图像帧时将图像帧传输到旁路单元;
多路复用单元,用于获取解压缩单元输出的图像帧或者旁路单元输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元。
7.如权利要求4所述图像采集卡,其特征在于,所述信号处理子***包括:
解压缩单元,用于将经压缩的图像帧解码为未压缩的图像帧;
旁路单元;
信号处理单元,用于对图像帧进行图像信号处理,其中,所述图像信号处理包括下述中至少一个:数字增益、拜耳插值、色彩校正、伽马校正、色彩空间转换和锐化处理;
分析单元,用于:分析接收到的图像帧是否为经压缩的图像帧,在图像帧为经压缩的图像帧时将图像帧传输到解压缩单元;在接收到的图像帧为未压缩的图像帧时,根据配置信息将图像帧传输到旁路单元和信号处理单元之一,所述配置信息用于指定旁路单元和信号处理单元之一;
多路复用单元,用于获取解压缩单元,旁路单元和信号处理单元输出的图像帧,并将获取的图像帧传输到包生成单元。
8.如权利要求4所述图像采集卡,其特征在于,所述图像处理芯片进一步包括:调度单元;
每个图像处理子***将图像帧和控制指令数据包发送到所述调度单元;
所述调度单元,依次将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***;
通信总线子***,将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中,以及从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元;
调度单元,将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元;
控制指令处理单元,通过介质访问控制单元将来自计算设备的控制指令数据包发送到相机。
9.如权利要求4所述图像采集卡,其特征在于,
控制指令处理单元通过通信总线子***向计算设备发送表示请求传输控制指令数据包的第三中断指令,以便计算设备响应于第三中断指令向通信总线子***返回指令存储地址;
控制指令处理单元通过通信总线子***向所述指令存储地址传输控制指令数据包,并在完成对控制指令数据包的传输时通过通信总线子***向计算设备发送表示完成指令传输的第四中断指令,以便计算设备响应于第四中断指令处理控制指令数据包。
10.如权利要求8所述图像采集卡,其特征在于,所述通信总线子***还用于从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元;
寄存器配置单元,用于根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置;
所述通信总线子***还用于从寄存器配置单元获取寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备。
11.如权利要求8所述图像采集卡,其特征在于,所述调度单元包括:调度写入单元和调度读取单元;
所述通信总线子***包括:总线控制器、直接内存写入单元、直接内存读取单元、寄存器写入单元和寄存器读取单元;
其中,调度写入单元依次将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包传输到通信总线子***的直接内存写入单元;
所述总线控制器,用于:
指示直接内存写入单元将每个图像处理子***的图像帧和控制指令数据包写入到计算设备的内存中;
指示直接内存读取单元从计算设备获取到控制指令数据包后,将控制指令数据包发送到调度单元的调度读取单元;指示寄存器写入单元从计算设备获取对图像处理子***中寄存器的写指示,并将写指示发送到图像处理子***的寄存器配置单元,以便寄存器配置单元根据写指示对图像处理子***中寄存器进行配置;
指示寄存器读取单元从寄存器配置单元获取寄存器的状态参数,并将状态参数发送到计算设备;
其中,调度读取单元,用于将来自计算设备的控制指令数据包发送到控制指令处理单元。
12.一种图像采集方法,其特征在于,所述方法应用于图像采集卡,所述图像采集卡包括用于与相机通信的至少一个以太网物理层芯片,还包括用于与计算设备通信的通信总线,所述方法包括:
获取来自相机的网络数据包,所述网络数据包包括:由相机按照预定图像传输协议对图像帧进行封装而得到的图像数据包;
按照所述预定图像传输协议对所述图像数据包进行解码,得到图像帧;
将所述图像帧缓存到所述存储器中;
根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧;
所述根据所述计算设备的图像处理效率,向计算设备传输存储在所述存储器中的图像帧,包括:
向计算设备发送表示请求传输图像帧的第一中断指令,以便计算设备响应于第一中断指令返回图像存储地址;
向所述图像存储地址传输图像帧,并在完成图像帧传输时向计算设备发送表示完成图像帧传输的第二中断指令,以便计算设备响应于第二中断指令处理图像帧。
13.一种图像采集***,其特征在于,包括:
至少一个相机;
如权利要求1-11中任一项所述的图像采集卡;以及
计算设备。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 310051 room 304, B / F, building 2, 399 Danfeng Road, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Hangzhou Hikvision Robot Co.,Ltd. Address before: 310051 room 304, B / F, building 2, 399 Danfeng Road, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: HANGZHOU HIKROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |