一種嵌入式圖像記錄儀的製作方法
2023-10-05 20:33:49
專利名稱：一種嵌入式圖像記錄儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及圖像採集記錄技術，特別是一種嵌入式圖像記錄儀。
背景技術：
隨著圖像處理技術的發展和圖像質量需求的不斷提高，目前在圖像處理領域追求高解析度，高清晰度的圖像已經是必然趨勢。因此，硬體廠商在不遺餘力的升級自身產品，高解析度，高清晰度的攝像頭，照相機等電子產品相繼湧現，解析度已經高達1920X 1080p的攝像頭，照相機隨處可見。在圖像接收設備不斷攀高技術指標的同時，隨之也帶來了一個嚴峻的問題，那就是對所接收到的高清圖像需要越來越大的存儲容量。傳統意義上的圖像存儲設備一般都是採用簡單的磁碟陣列，採用儘量多的磁碟存儲儘量多的圖像數據，這樣就造成體積越來越龐大，結構更加臃腫，功耗急劇攀高，嚴重受到使用環境的影響；此外功能比較簡單(一般只限於存儲數據和視頻監控以及視頻回放)也是大多數存儲設備的共性問題，一般不具備對所存儲的圖像數據進行分析處理，更不具備利用存儲設備本身進行更深層次軟體開發以提升硬體利用的能力。
實用新型內容本實用新型為解決上述技術問題，提供了一種嵌入式圖像記錄儀，體積小，容量大，功耗低，結構緊湊，能抗惡劣環境，能夠遠程操控絕大部分基本功能，適用於機載、車載等絕大多數場合，因此解決了普通存儲設備體積大，功耗高，結構臃腫導致在一些特殊場合無法使用的問題；所述嵌入式圖像記錄儀具有傳統圖像存儲設備的所有功能，同時該記錄儀自帶作業系統和專業軟體，能夠實現對所存儲的圖像數據進行實時顯示、回放、裁剪、壓縮、單幀分析等一系列功能，此外，在對外提供API底層函數接口的基礎上，用戶能夠基於該記錄儀的專業軟體進行軟體的深層次開發，對圖像做更多更適合自身需要的處理。這樣儘可能的將設備利用最大化。一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:包括採集模塊、存儲模塊、PCIE (PCIExpress)交換機、CPU處理模塊，存儲模塊通過PCIE總線連接PCIE交換機；PCIE交換機通過PCIE總線連接CPU處理模塊，並通過PCIE總線外掛多個PCIE設備；所述嵌入式圖像記錄儀設置有電源轉換模塊，電源轉換模塊與CPU處理模塊、採集模塊、存儲模塊連接；系統加電或者外部適配器加電通過電源轉換模塊，使得交流220V轉直流電源+5V +28V，為CPU處理模塊、採集模塊、存儲模塊供電；當採用專用USB 口供電與PC機連接時，所述嵌入式圖像記錄儀作為一個獨立的移動硬碟使用，將存儲模塊存儲的圖像數據通過USB 口導出，應用十分方便，因此本設備既是一個圖像採集存儲系統，也是一個移動存儲設備。所述嵌入式圖像記錄儀可以採集的圖像格式包括PAL制式複合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI 等多種圖像信號。所述採集模塊包括前端的圖像採集設備、與圖像採集設備連接的圖像數據轉換晶片、FPGA (Field-Programmable Gate Array),圖像採集設備連接圖像數據轉換晶片，圖像數據轉換晶片與FPGA連接；所述圖像數據轉換晶片採用AD晶片或者其他專用晶片，AD晶片或者其他專用晶片將輸入的PAL複合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI等圖像數據轉換成並行數據，然後將該並行數據輸入到FPGA (Field-Programmable Gate Array)。所述存儲模塊可以採用硬碟(包括SATA電子硬碟和SATA機械硬碟以及IDE電子硬碟和IDE機械硬碟)，或者FLASH卡。所述PCIE總線從CPU處理模塊中引出，通過一個PCIE交換機後，外掛FPGA直接進行圖像數據的採集。此外，在PCIE交換機上同時還可以掛載PCIE接口的網卡晶片或者其他PCIE設備，該方式實現了一條PCIE總線同時和多個其他PCIE設備通信的功能。所述存儲模塊通過PCIE交換機將處理後的圖像數據上傳給CPU處理模塊的數據流程如下:1.前端的圖像採集設備(攝像頭、照相機、電腦視頻接口等終端設備)將採集到的PAL複合視頻、RGB、DVI/HDM1、Cameralink等圖像信號輸入到圖像數據轉換晶片中；2.圖像數據轉換晶片將其他格式的圖像數據轉換為並行數據通過並行數據總線輸入到FPGA ；3.FPGA將接收到的並行圖像數據進行解碼處理後，通過自帶的PCIE總線將數據上傳給PCIE交換機，最後通過交換機的PCIE總線將圖像數據上傳個CPU處理模塊；4.PCIE交換機除了外掛FPGA之外，還可以外掛PCIE網卡或者其他PCIE設備，實現一條PCIE總線和多個其他PCIE設備同時通信的功能，通過其他PCIE設備再連接其他終端設備；PCIE交換機還掛載千兆網卡晶片，通過千兆網卡晶片連接網絡終端設備。所述嵌入式圖像記錄儀通過終端控制器的串口(RS232、RS422、RS485等)連接終端控制器(如臺式PC機，筆記本電腦，自帶串口的工控機，帶串口的嵌入式主機，串口操控器等)，嵌入式圖像記錄儀通過終端控制器對圖像記錄儀進行圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統關機等功能進行遠程操控。在嵌入式圖像記錄儀無任何界面顯示下(有無界面顯示功能都相同)，可根據嵌入式圖像記錄儀的指示信號和串口返回值完全掌握嵌入式圖像記錄儀的工作狀態，並根據這些狀態能夠通過外部串口進行狀態的修改和工作模式的切換，最終達成對嵌入式圖像記錄儀進行圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統關機等功能的遠程操控。所述嵌入式圖像記錄儀的工作過程如下:(I)所述嵌入式圖像記錄儀加電後，在所述嵌入式圖像記錄儀的殼體上有進入採集就緒的綠色或紅色信號指示燈，當採集就緒指示燈高亮時，表明該設備已經完成啟動並進入工作就緒狀態；(2)用一根串口線將圖像記錄儀的串口和終端設備(如筆記本電腦)的串口連接起來，給終端設備配上滑鼠；(3)在終端設備(如筆記本電腦)中安裝一個串口調試助手軟體，在串口調試助手中按照約定的協議命令鍵入相應的代碼；此時，嵌入式圖像記錄儀會按照命令執行相關的功能，並且返回一個值指示設備是否正常執行了該項功能。如:需要執行圖像採集這項功能，約定的協議命令是「AA BB CC DD」，設備正常執行時返回「EE FF 00 00」，不正常時返回「11 00 00 00」，那麼在終端設備(如筆記本電腦)的串口調試助手軟體中鍵入「M BB CC DD」，當圖像記錄儀正常執行了該命令，則串口調試助手中會返回值「EE FF OO 00」，執行不正常時返回「11 00 00 00」，沒有執行時則沒有命令返回。注:圖像記錄儀在啟動完成後進入採集就緒時會主動發送一組代碼表明已經處於採集就緒狀態，因此，本設備啟動時是不需要藉助指示燈來判定是否已經進入就緒狀態，而只需要通過終端設備上收到的串口命令就能判定設備是否已經工作在就緒狀態了。所述嵌入式圖像記錄儀中有多條串口引出，將其中一條串口作為主控串口，主控串口用於完成對其他串口的波特率設置和其他串口之間的相互切換，其他串口則用於是對圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、系統關機等功能進行遠程操控或為備用串口使用；採用串口遠程操控圖像記錄儀，很大程度上放寬了設備的工作環境，本設備在採用適配器供電的情況下，僅需一根串口線就可以完成終端對該圖像記錄儀的所有基本功能的操控。所述嵌入式圖像記錄儀在外部加電時，通過設備自帶的標準VGA/DVI/HDMI和USB接口可直接外接電腦顯示器、USB滑鼠和鍵盤，在本實用新型上將採集到的圖像通過VGA/DVI/HDMI實時播放出來或者將已經存儲到系統內的圖像事後回放出來；本實用新型在採用專用USB供電與PC機連接作為移動存儲設備時，在PC機上可以通過USB連線在PC機上將存儲在本實用新型上的圖像直接回放出來。所述嵌入式圖像記錄儀可以對圖像進行採集存儲，圖像實時顯示、回放、裁剪、壓縮、單幀分析等圖像處理功能。圖像的實時採集存儲並顯示是指設備採集到的圖像數據通過PCI上傳到PC機存儲的同時還能進行圖像的顯示。圖像的回放功能是把存儲到PC機上的原始圖像文件進行回放，回放時可選擇單幀回放，一段圖像的循環回放等功能。圖像裁剪是指用戶可以根據需要截取存儲文件裡的任意一部分圖像數據。圖像壓縮是指對存儲的圖像文件進行壓縮，壓縮的編碼方式有H.263，H.264，MPEG2以及MPEG4等等可以進行選擇。同時，在提供的API接口函數的基礎上，用戶可以基於該軟體根據自身需要做更深層次的開發。嵌入式記錄儀有外接的RS232和RS422串口，通過這兩個接口，用戶使用相應的API接口函數就可以控制嵌入式記錄儀的工作。所述嵌入式圖像記錄儀的容量範圍為16GB 1ΤΒ，體積最小可到120X 100X40臟(長X寬X高)。本實用新型的具有以下有益效果:本實用新型具有容量大，體積小，功耗低的特點，並且自帶計算機作業系統，可以在該設備上做深層次的圖像處理軟體開發；本實用新型能夠作為黑盒方式，只需要通過一組串口並藉助其殼體表面的指示信號進行遠程化的暗箱操作，完成圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統關機等所有功能，因此，本實用新型使用非常靈活，無論是空載、車載還是其他惡劣環境下都具有很強的實用性和可操作性；本實用新型在外接電腦顯示器或者監視器時，既能夠作為大容量的圖像採集存儲設備，也能夠作為實時監控設備，同時還能作為圖像回放裝置，甚至還能夠作為通用的移動硬碟使用。
圖1為本實用新型的模塊示意圖[0030]圖2為本實用新型採用PCIE交換機的連線方式示意圖其中，附圖標記為:1採集模塊，2存儲模塊，3 PCIE交換機，4 CPU處理模塊，5PCIE總線，6電源轉換模塊，7圖像採集設備，8圖像數據轉換晶片，9 FPGA，10並行數據總線，11其他PCIE設備，12其他終端設備，13千兆網卡晶片，14網絡終端設備，15 SATA總線。
具體實施方式
如圖2所示，一種嵌入式圖像記錄儀包括採集模塊1、存儲模塊2、PCI交換機、CPU處理模塊4、採集模塊I連接至存儲模塊2，存儲模塊2通過PCIE總線5連接PCIE交換機
3；PCIE交換機3通過PCIE總線5連接CPU處理模塊4，並通過PCIE總線5外掛多個PCIE設備。所述嵌入式圖像記錄儀設置有電源轉換模塊6，電源轉換模塊6與CPU處理模塊
4、採集模塊1、存儲模塊2連接；系統加電或者外部適配器加電通過電源轉換模塊6，使得交流220V轉直流電源+5V +28V，為CPU處理模塊4、採集模塊1、存儲模塊2供電；當採用專用USB 口供電與PC機連接時，所述嵌入式圖像記錄儀作為一個獨立的移動硬碟使用，將存儲模塊2存儲的圖像數據通過USB 口導出，應用十分方便，因此本設備既是一個圖像採集存儲系統，也是一個移動存儲設備。所述嵌入式圖像記錄儀可以採集的圖像格式包括PAL制式複合視頻、cameralink, RGB, DVI/HDMI 等多種圖像信號。所述採集模塊I包括前端的圖像採集設備7、與圖像採集設備7連接的圖像數據轉換晶片8、FPGA9，圖像採集設備7連接圖像數據轉換晶片8，圖像數據轉換晶片8與FPGA9連接；所述圖像數據轉換晶片8採用AD晶片或者其他專用晶片，AD晶片或者其他專用晶片將輸入的PAL複合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI等圖像數據轉換成並行數據，然後將該並行數據輸入到FPGA9。所述存儲模塊2可以採用硬碟(包括SATA電子硬碟和SATA機械硬碟以及IDE電子硬碟和IDE機械硬碟)，或者FLASH卡，通過SATA總線15連接至CPU處理模塊4。如圖1所示，所述PCIE總線5從CPU處理模塊4中引出，通過一個PCIE交換機3後，外掛FPGA9直接進行圖像數據的採集。此外，在PCIE交換機3上同時還可以掛載PCIE接口的網卡晶片或者其他PCIE設備，實現一條PCIE總線5和多個其他PCIE設備11同時通信的功能。所述存儲模塊2通過PCIE交換機3將處理後的圖像數據上傳給CPU處理模塊4的數據流程如下:1.前端的圖像採集設備7 (攝像頭、照相機、電腦視頻接口等終端設備)將採集到的PAL複合視頻、RGB、DVI/HDM1、Cameralink等圖像信號輸入到圖像數據轉換晶片8中；2.圖像數據轉換晶片8將其他格式的圖像數據轉換為並行數據通過並行數據總線10輸入到FPGA9 ；3.FPGA9將接收到的並行圖像數據進行解碼處理後，通過自帶的PCIE總線5將數據上傳給PCIE交換機3，最後通過交換機的PCIE總線5將圖像數據上傳個CPU處理模塊
4；4.PCIE交換機3除了外掛FPGA9之外，還可以外掛PCIE網卡或者其他PCIE設備，這樣就實現了一條PCIE總線5和多個其他PCIE設備11通信的功能，通過其他PCIE設備11再連接其他終端設備12 ;PCIE交換機3還掛載千兆網卡晶片13，通過千兆網卡晶片13連接網絡終端設備14。所述嵌入式圖像記錄儀通過終端控制器的串口(RS232、RS422、RS485等)連接終端控制器(如臺式PC機，筆記本電腦，自帶串口的工控機，帶串口的嵌入式主機，串口操控器等)，嵌入式圖像記錄儀通過終端控制器對圖像記錄儀進行圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統關機等功能進行遠程操控。在嵌入式圖像記錄儀無任何界面顯示下(有無界面顯示功能都相同)，可根據嵌入式圖像記錄儀的指示信號和串口返回值完全掌握圖像記錄儀的工作狀態，並根據這些狀態能夠通過外部串口進行狀態的修改和工作模式的切換，最終達成對嵌入式圖像記錄儀進行圖像採集、存儲、停止採集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統關機等功能的遠程操控。所述嵌入式圖像記錄儀的內部數據流架構:電源模塊為其他模塊提供轉換後的工作電源。圖像採集模塊I從圖像輸入接口接收圖像，然後將接收到的圖像信號經過圖像轉換晶片轉換成並行數據輸入到FPGA9或DSP處理，處理後的數據分成兩路，一路通過PCI或者PCIE總線5上傳給CPU處理模塊4，另一路則直接送到圖像輸出接口進行播放。CPU處理模塊4接收來自於圖像採集模塊I的圖像數據，然後在該模塊中對圖像數據分成兩路執行，一路通過SATA總線15送給存儲模塊2，另一路直接送給電腦顯示器接口進行實時播放。存儲模塊2接收來自CPU處理模塊4的圖像數據，並將該數據存入到存儲設備中(硬碟、FLASH卡等)。數據導出:本記錄儀可以將存儲的圖像數據通過網絡接口或者USB 口將數據導出。串口:本記錄儀的串口可以用於傳輸文件，還能夠作為設備遠程操控的命令控制埠。嵌入式圖像記錄儀可以對圖像進行採集、存儲、圖像實時顯示、回放、裁剪、壓縮、單幀分析等圖像處理功能。圖像的實時採集存儲並顯示是指設備採集到的圖像數據通過PCI上傳到PC機存儲的同時還能進行圖像的顯示；圖像的回放功能是把存儲到PC機上的原始圖像文件進行回放，回放時可選擇單幀回放，一段圖像的循環回放等功能；圖像裁剪是指用戶可以根據需要截取存儲文件裡的任意一部分圖像數據；圖像壓縮是指對存儲的圖像文件進行壓縮，壓縮的編碼方式有H.263，H.264，MPEG2以及MPEG4等等可以進行選擇；同時，在提供的API接口函數的基礎上，用戶可以根據自身需要做更深層次的開發。嵌入式圖像記錄儀有外接的RS232和RS422串口，通過這兩個接口，用戶使用相應的API接口函數就可以控制嵌入式圖像記錄儀的工作。
權利要求1.一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:包括採集模塊(I)、存儲模塊(2)、PCIE交換機(3 )、CPU處理模塊(4)，存儲模塊(2 )通過PCIE總線(5 )連接PCIE交換機(3 );PCIE交換機(3)通過PCIE總線(5)連接CPU處理模塊(4)，並通過PCIE總線(5)外掛多個其他PCIE設備(11);所述嵌入式圖像記錄儀設置有電源轉換模塊(6)，所述電源轉換模塊(6)與CPU處理模塊(4 )、採集模塊(I)、存儲模塊(2 )連接。
2.根據權利要求1所述的一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述採集模塊(I)包括前端的圖像採集設備(7)、圖像數據轉換晶片(8)、FPGA (9)，圖像採集設備(7)連接圖像數據轉換晶片(8)，圖像數據轉換晶片(8)與FPGA (9)連接。
3.根據權利要求2所述的嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述圖像數據轉換晶片(8)採用AD晶片。
4.根據權利要求1所述的一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述存儲模塊(2)採用硬碟或者FLASH卡。
5.根據權利要求1所述的一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述嵌入式圖像記錄儀通過終端控制器的串口連接有具有遠程遙控功能的終端控制器。
6.根據權利要求1所述的一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述嵌入式圖像記錄儀中有多條串口引出，其中一條串口為主控串口，其他串口為遠程操控串口或備用串口。
7.根據權利要求1所述的一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於:所述嵌入式圖像記錄儀的容量範圍為16GB 1TB，體積最小為長X寬X高=120X100X40 mm。
專利摘要本實用新型涉及圖像採集記錄技術，特別是一種嵌入式圖像記錄儀，其特徵在於包括採集模塊、存儲模塊、PCIE交換機、CPU處理模塊，存儲模塊通過PCIE總線連接PCIE交換機；PCIE交換機通過PCIE總線連接CPU處理模塊，並通過PCIE總線外掛多個PCIE設備；本實用新型具有容量大、體積小、功耗低的特點，自帶計算機作業系統，可以在該設備上做深層次的圖像處理開發，能夠作為黑盒方式，可進行遠程化的暗箱操作。
文檔編號H04N7/18GK202979164SQ20122072337
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者王翔, 吳東 申請人:四川賽狄信息技術有限公司