CN202979163U - 嵌入式图像记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及图像采集记录技术，特别是一种嵌入式图像记录仪，其特征在于：包括采集模块、存储模块、PCIE交换机、CPU处理模块，存储模块通过PCIE总线连接PCIE交换机；PCIE交换机通过PCIE总线连接CPU处理模块，并通过PCIE总线外挂多个PCIE设备；本实用新型具有容量大、体积小、功耗低的特点，自带计算机操作***，可以在该设备上做深层次的图像处理开发，能够作为黑盒方式，可进行远程化的暗箱操作。

Description

嵌入式图像记录仪

技术领域

本实用新型涉及图像采集记录技术，特别是一种嵌入式图像记录仪。

背景技术

随着图像处理技术的发展和图像质量需求的不断提高，目前在图像处理领域追求高分辨率，高清晰度的图像已经是必然趋势。因此，硬件厂商在不遗余力的升级自身产品，高分辨率，高清晰度的摄像头，照相机等电子产品相继涌现，分辨率已经高达1920×1080p的摄像头，照相机随处可见。在图像接收设备不断攀高技术指标的同时，随之也带来了一个严峻的问题，那就是对所接收到的高清图像需要越来越大的存储容量。

传统意义上的图像存储设备一般都是采用简单的磁盘阵列，采用尽量多的磁盘存储尽量多的图像数据，这样就造成体积越来越庞大，结构更加臃肿，功耗急剧攀高，严重受到使用环境的影响；此外功能比较简单（一般只限于存储数据和视频监控以及视频回放）也是大多数存储设备的共性问题，一般不具备对所存储的图像数据进行分析处理，更不具备利用存储设备本身进行更深层次软件开发以提升硬件利用的能力。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供了一种嵌入式图像记录仪，体积小，容量大，功耗低，结构紧凑，能抗恶劣环境，能够远程操控绝大部分基本功能，适用于机载、车载等绝大多数场合，因此解决了普通存储设备体积大，功耗高，结构臃肿导致在一些特殊场合无法使用的问题；所述嵌入式图像记录仪具有传统图像存储设备的所有功能，能够实现对所存储的图像数据进行实时显示、回放、裁剪、压缩、单帧分析等一系列功能，此外，在对外提供API底层函数接口的基础上，用户能够基于本发明可进行软件的深层次开发，对图像做更多更适合自身需要的处理。这样尽可能的将设备利用最大化。

嵌入式图像记录仪，其特征在于：包括采集模块、存储模块、PCIE（PCI Express）转PCI（Peripheral Component Interconnect）桥接器、CPU处理模块，采集模块连接至存储模块，存储模块通过PCI总线连接至PCIE转PCI桥接器；PCIE转PCI桥接器通过PCIE总线连接至CPU 处理模块，通过PCI总线外挂多个PCI设备；

所述嵌入式图像记录仪设置有电源转换模块，电源转换模块与CPU处理模块、采集模块、存储模块连接；***加电或者外部适配器加电通过电源转换模块，使得交流220V转直流电源+5V～+28V，为CPU处理模块、采集模块、存储模块供电；当采用专用USB口供电与PC机连接时，所述嵌入式图像记录仪作为一个独立的移动硬盘使用，将存储模块存储的图像数据通过USB口导出，应用十分方便，因此本设备既是一个图像采集存储***，也是一个移动存储设备。

所述PCI总线通过CPU的PCIE总线桥转换时，实现了一路PCIE总线与多个不同或相同功能的PCI设备进行通信的功能，在本实用新型中也就实现了通过一条PCIE总线既能够外挂（DSP处理器或FPGA等）进行图像数据的采集，同时还可以扩展PCI网络设备以及外挂其他功能的PCI设备。

所述采集模块包括前端的图像采集设备、图像数据转换芯片、FPGA（Field-Programmable Gate Array）和DSP（Digital Signal Processing），图像采集设备连接图像数据转换芯片，图像数据转换芯片连接至与FPGA或者DSP；所述图像数据转换芯片采用AD芯片或者其他专用芯片，AD芯片或者其他专用芯片将输入的PAL复合视频、cameralink、RGB、DVI/HDMI等图像数据转换成并行数据，然后将该并行数据通过并行数据总线输入到 FPGA或者DSP，或者将该并行数据通过并行数据总线先输入到FPGA再输入到DSP。

所述存储模块通过PCIE转PCI桥接器将处理后的图像数据上传给CPU处理模块的数据流程如下：

1.前端的图像采集设备（摄像头、照相机、电脑视频接口等终端设备）将采集到的PAL复合视频、RGB、DVI/HDMI、Cameralink等图像信号输入到图像数据转换芯片中；

2.图像数据转换芯片将其他格式的图像数据转换为并行数据通过并行数据总线输入到FPGA；

3.FPGA将接收到的并行图像数据进行解码处理后，有两种方式进行上传：第一种可以通过调用FPGA的IP核组建PCI，通过该PCI总线将数据上传给PCIE转PCI桥接器，最后再通过PCIE转PCI桥接器的PCIE总线上传给CPU处理模块；第二种是将FPGA解码后的数据通过与FPGA连接的DSP本地总线或者专用VIDEO口上传给DSP，在DSP中再次进行处理后再通过PCI总线上传给PCIE转PCI桥接器，最后再通过桥接器的PCIE总线上传给CPU处理模块；

4.PCIE转PCI桥接器转换出来的PCI总线同样也能够挂载其他PCI设备，如PCI网卡芯片和PCI显卡芯片或者其他，并且可以重复挂载多个相同功能的设备，实现一条PCIE总线和多个PCI设备同时通信的功能，PCIE转PCI桥接器还挂载千兆网卡芯片，通过千兆网卡芯片连接其他网络终端设备。

所述嵌入式图像记录仪可以采集的图像包括PAL制式复合视频、cameralink、RGB、DVI/HDMI等格式的多种图像信号。

所述存储模块可以采用硬盘（包括SATA电子硬盘和SATA机械硬盘以及IDE电子硬盘和IDE机械硬盘），或者FLASH卡。

所述嵌入式图像记录仪通过终端控制器的串口（RS232、RS422、RS485等）连接终端控制器（如台式PC机，笔记本电脑，自带串口的工控机，带串口的嵌入式主机，串口操控器等），嵌入式图像记录仪通过终端控制器对图像记录仪进行图像采集、存储、停止采集、图像回放、串口波特率设置，多路串口相互切换、***关机等功能进行远程操控。在嵌入式图像记录仪无任何界面显示下（有无界面显示功能都相同），可根据嵌入式图像记录仪的指示信号和串口返回值完全掌握图像记录仪的工作状态，并根据这些状态能够通过外部串口进行状态的修改和工作模式的切换，最终达成对嵌入式图像记录仪进行图像采集、存储、停止采集、图像回放、串口波特率设置，多路串口相互切换、***关机等功能的远程操控。

所述嵌入式图像记录仪的工作过程如下：

（1）所述嵌入式图像记录仪加电后，在所述嵌入式图像记录仪的壳体上有进入采集就绪的绿色或红色信号指示灯，当采集就绪指示灯高亮时，表明该设备已经完成启动并进入工作就绪状态；

（2）用一根串口线将图像记录仪的串口和终端设备（如笔记本电脑）的串口连接起来，给终端设备配上鼠标；

（3）在终端设备（如笔记本电脑）中安装一个串口调试助手软件，在串口调试助手中按照约定的协议命令键入相应的代码；此时，图像记录仪会按照命令执行相关的功能，并且返回一个值指示设备是否正常执行了该项功能。

比如：需要执行图像采集这项功能，约定的协议命令是“AA BB CC DD”，设备正常执行时返回“EE FF 00 00”，不正常时返回“11 00 00 00”，那么在终端设备（如笔记本电脑）的串口调试助手软件中键入“AA BB CC DD”，当图像记录仪正常执行了该命令，则串口调试助手中会返回值“EE FF 00 00”，执行不正常时返回“11 00 00 00”，没有执行时则没有命令返回。注：图像记录仪在启动完成后进入采集就绪时会主动发送一组代码表明已经处于采集就绪状态，因此，本设备启动时是不需要借助指示灯来判定是否已经进入就绪状态，而只需要通过终端设备上收到的串口命令就能判定设备是否已经工作在就绪状态了。

所述嵌入式图像记录仪中有多条串口引出，将其中一条串口作为主控串口，主控串口用于完成对其他串口的波特率设置和其他串口之间的相互切换，其他串口则用于是对图像采集、存储、停止采集、图像回放、***关机等功能进行远程操控或为备用串口使用；

采用串口远程操控图像记录仪，很大程度上放宽了设备的工作环境，本设备在采用适配器供电的情况下，仅需一根串口线就可以完成终端对该图像记录仪的所有基本功能的操控。

所述嵌入式图像记录仪在外部加电时，通过设备自带的标准VGA/DVI/HDMI和USB接口可直接外接电脑显示器，USB鼠标和键盘，在本发明上将采集到的图像通过VGA/DVI/HDMI实时播放出来或者将已经存储到***内的图像事后回放出来；本发明在采用专用USB供电与PC机连接作为移动存储设备时，在PC机上也可以通过USB连线在PC机上将存储在嵌入式图像记录仪上的图像直接回放出来。

所述嵌入式图像记录仪对图像进行采集存储，图像实时显示、回放、裁剪、压缩、单帧分析等图像处理功能。图像的实时采集存储并显示是指设备采集到的图像数据通过PCI上传到PC机存储的同时还能进行图像的显示。图像的回放功能是把存储到PC机上的原始图像文件进行回放，回放时可选择单帧回放，一段图像的循环回放等功能。图像裁剪是指用户可以根据需要截取存储文件里的任意一部分图像数据。图像压缩是指对存储的图像文件进行压缩，压缩的编码方式有H.263，H.264，MPEG2以及MPEG4等等可以进行选择。同时，在提供的API接口函数的基础上，用户可以根据自身需要做更深层次的开发。嵌入式记录仪有外接的RS232和RS422串口。通过这两个接口，用户使用我们提供的API接口函数就可以控制嵌入式记录仪的工作。

所述嵌入式图像记录仪的容量范围为16GB～1TB，体积最小可到120×100×40 mm(长×宽×高)。

本实用新型的具有以下有益效果：

本实用新型具有容量大，体积小，功耗低的特点，并且自带计算机操作***，可以在该设备上做深层次的图像处理软件开发；本实用新型能够作为黑盒方式，只需要通过一组串口并借助其壳体表面的指示信号进行远程化的暗箱操作，完成图像采集、存储、停止采集、图像回放、串口波特率设置，多路串口相互切换、***关机等所有功能，因此，本实用新型使用非常灵活，无论是空载、车载还是其他恶劣环境下都具有很强的实用性和可操作性；本实用新型在外接电脑显示器或者监视器时，既能够作为大容量的图像采集存储设备，也能够作为实时监控设备，同时还能作为图像回放装置，甚至还能够作为通用的移动硬盘使用。

附图说明

图1为本实用新型的模块示意图

图2为本实用新型采用PCIE转PCI桥器的桥接连线示意图

其中，附图标记为：1采集模块，2存储模块，3 PCIE转PCI桥接器，4 CPU处理模块，5 PCI总线，6电源转换模块，7图像采集设备，8图像数据转换芯片，9 FPGA，10 DSP，11并行数据总线，12其他PCI设备，13其他终端设备，14千兆网卡芯片，15网络终端设备，16 SATA总线，17 PCIE总线。

具体实施方式

如图2所示，嵌入式图像记录仪包括采集模块1、存储模块2、PCIE转PCI桥接器3、CPU处理模块4，采集模块1连接至存储模块2，存储模块2通过PCI总线5连接至PCIE转PCI桥接器3；PCIE转PCI桥接器3通过PCIE总线17连接至CPU 处理模块，通过PCI总线5外挂多个PCI设备。

所述嵌入式图像记录仪设置有电源转换模块6，电源转换模块6与CPU处理模块、采集模块、存储模块连接；***加电或者外部适配器加电通过电源转换模块6，使得交流220V转直流电源+5V～+28V，为CPU处理模块、采集模块、存储模块供电；当采用专用USB口供电与PC机连接时，所述嵌入式图像记录仪作为一个独立的移动硬盘使用，将存储模块存储的图像数据通过USB口导出，应用十分方便，因此本设备既是一个图像采集存储***，也是一个移动存储设备。

所述嵌入式图像记录仪可以采集的图像包括 PAL制式复合视频、cameralink、RGB、DVI/HDMI等格式的多种图像信号。

所述采集模块1包括前端的图像采集设备7、图像数据转换芯片8、FPGA9和DSP10，图像采集设备7连接图像数据转换芯片8，图像数据转换芯片8连接至与FPGA9或者DSP10；所述图像数据转换芯片8采用AD芯片或者其他专用芯片，AD芯片或者其他专用芯片将输入的PAL复合视频、cameralink、RGB、DVI/HDMI等图像数据转换成并行数据，然后将该并行数据通过并行数据总线11输入到 FPGA9或者DSP10，或者将该并行数据通过并行数据总线11先输入到FPGA9再输入到DSP10。

所述存储模块2可以采用硬盘（包括SATA电子硬盘和SATA机械硬盘以及IDE电子硬盘和IDE机械硬盘），或者FLASH卡，通过SATA总线16连接至CPU处理模块4。

如图1所示，当所述PCI总线5通过PCIE转PCI桥接器3桥转换时，实现了一路PCIE总线17与多个不同或相同功能的PCI设备进行通信的功能，在本实用新型中也就实现了通过一条PCIE总线17既能够外挂（DSP10处理器或FPGA9等）进行图像数据的采集，同时还可以扩展PCI网络设备以及外挂其他功能的PCI设备。

 所述存储模块2通过PCIE转PCI桥接器3将处理后的图像数据上传给CPU处理模块4的数据流程如下：

1.前端的图像采集设备7（摄像头、照相机、电脑视频接口等终端设备）将采集到的PAL复合视频、RGB、DVI/HDMI、Cameralink等图像信号输入到图像数据转换芯片8中；

2.图像数据转换芯片8将其他格式的图像数据转换为并行数据通过并行数据总线11输入到FPGA9；

3.FPGA9将接收到的并行图像数据进行解码处理后，有两种方式进行上传：第一种可以通过调用FPGA9的IP核组建PCI，通过该PCI总线5将数据上传给PCIE转PCI桥接器3，最后再通过PCIE转PCI桥接器3的PCIE总线17上传给CPU处理模块4；第二种是将FPGA9解码后的数据通过与FPGA9连接的DSP10本地总线或者专用VIDEO口上传给DSP10，在DSP10中再次进行处理后再通过PCI总线5上传给PCIE转PCI桥接器3，最后再通过桥接器的PCIE总线17上传给CPU处理模块4；

4.PCIE转PCI桥接器3转换出来的PCI总线5同样也能够挂载其他PCI设备12，如PCI网卡芯片和PCI显卡芯片或者其他，并且可以重复挂载多个相同功能的设备，实现一条PCIE总线17和多个PCI设备同时通信的功能，通过其他PCI设备12再连接其他终端设备13，PCIE转PCI桥接器3还可挂载千兆网卡芯片14，通过千兆网卡芯片14连接网络终端设备15。

所述嵌入式图像记录仪通过终端控制器的串口（RS232、RS422、RS485等）连接终端控制器（如台式PC机，笔记本电脑，自带串口的工控机，带串口的嵌入式主机，串口操控器等），嵌入式图像记录仪通过终端控制器对嵌入式图像记录仪进行图像采集、存储、停止采集、图像回放、串口波特率设置，多路串口相互切换、***关机等功能进行远程操控。在嵌入式图像记录仪无任何界面显示下（有无界面显示功能都相同），可根据嵌入式图像记录仪的指示信号和串口返回值完全掌握嵌入式图像记录仪的工作状态，并根据这些状态能够通过外部串口进行状态的修改和工作模式的切换，最终达成对嵌入式图像记录仪进行图像采集、存储、停止采集、图像回放、串口波特率设置，多路串口相互切换、***关机等功能的远程操控。

所述嵌入式图像记录仪的内部数据流架构：

电源转换模块6为其他模块提供转换后的工作电源。

图像采集模块1从图像输入接口接收图像，然后将接收到的图像信号经过图像转换芯片转换成并行数据输入到FPGA9或DSP10处理，处理后的数据分成两路，一路通过PCIE总线17上传给CPU处理模块4，另一路则直接送到图像输出接口进行播放。

CPU处理模块4接收来自于图像采集模块1的图像数据，然后在该模块中对图像数据分成两路执行，一路通过SATA总线16送给存储模块2，另一路直接送给电脑显示器接口进行实时播放。

存储模块2接收来自CPU处理模块4的图像数据，并将该数据存入到存储设备中（硬盘、FLASH卡等）。

数据导出：本实用新型可以将存储的图像数据通过网络接口或者USB口将数据导出。

串口：本实用新型的串口可以用于传输文件，还能够作为设备远程操控的命令控制端口。

嵌入式图像记录仪可以对图像进行采集存储、图像实时显示、回放、裁剪、压缩、单帧分析等图像处理功能。图像的实时采集存储并显示是指设备采集到的图像数据通过PCI上传到PC机存储的同时还能进行图像的显示；图像的回放功能是把存储到PC机上的原始图像文件进行回放，回放时可选择单帧回放，一段图像的循环回放等功能；图像裁剪是指用户可以根据需要截取存储文件里的任意一部分图像数据；图像压缩是指对存储的图像文件进行压缩，压缩的编码方式有H.263，H.264，MPEG2以及MPEG4等等可以进行选择；同时，在提供的API接口函数的基础上，用户可以根据自身需要做更深层次的开发。嵌入式图像记录仪有外接的RS232和RS422串口，通过这两个接口，用户使用相应的API接口函数可以控制嵌入式图像记录仪的工作。

Claims (7)

1.嵌入式图像记录仪，其特征在于：包括采集模块（1）、存储模块（2）、PCIE转PCI桥接器（3）、CPU处理模块（4），采集模块（1）连接至存储模块（2），存储模块（2）通过PCI总线（5）连接至PCIE转PCI桥接器（3）；PCIE转PCI桥接器（3）通过PCIE总线（17）连接至CPU 处理模块，通过PCI总线（5）外挂多个PCI设备；所述嵌入式图像记录仪设置有电源转换模块（6），所述电源转换模块（6）与CPU处理模块（4）、采集模块（1）、存储模块（2）连接。

2.根据权利要求1所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述采集模块（1）包括前端的图像采集设备（7）、图像数据转换芯片（8）、FPGA（9）和DSP（10），图像采集设备（7）连接图像数据转换芯片（8），图像数据转换芯片（8）连接至与FPGA（9）或者DSP（10）。

3.根据权利要求2所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述图像数据转换芯片（8）采用AD芯片。

4.根据权利要求1所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述存储模块（2）采用硬盘或者FLASH卡。

5.根据权利要求1所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述嵌入式图像记录仪通过终端控制器的串口连接有具有远程遥控功能的终端控制器。

6.根据权利要求1所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述嵌入式图像记录仪中有多条串口引出，其中一条串口为主控串口，其他串口为远程操控串口或备用串口。

7.根据权利要求1所述的嵌入式图像记录仪，其特征在于：所述嵌入式图像记录仪的容量范围为16GB～1TB，体积最小为长×宽×高=120×100×40 mm。

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