一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于多媒體業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有著越來(lái)越高的要求，目前應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可同時(shí)采集成千上百個(gè)參量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如何對(duì)龐大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)處理以及高速實(shí)時(shí)地傳輸成為了其中的技術(shù)關(guān)鍵。目前典型的視頻采集和傳輸方法有:1)基于單片機(jī)的視頻數(shù)據(jù)采集方法:采用模/數(shù)(A/D)、數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)和專(zhuān)用串行通信芯片完成數(shù)據(jù)的采集和串行傳輸；2)基于DSP視頻數(shù)據(jù)采集方法:采用專(zhuān)用數(shù)字處理芯片和通用串行總線USB接口完成數(shù)據(jù)采集。上述兩種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸，但受單片機(jī)和專(zhuān)用串行通信芯片的限制，無(wú)法完成速率較高的信息速率的高速傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，采用總線模式從而使軟件與硬件協(xié)同工作，提高了處理速度，以數(shù)字化的通信方式實(shí)現(xiàn)視頻圖像采集以及數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)節(jié)省纜線，降低了開(kāi)發(fā)成本。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和視頻數(shù)據(jù)顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊讀取并處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊顯示。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭、時(shí)鐘匹配單元。所述數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)包讀出單元、包FIFO單元、異步FIFO單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元。所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括主機(jī)發(fā)送單元和從機(jī)接收單元。所述視頻顯示模塊包括VGA顯示屏。
[0005]本實(shí)用新型有益效果是:(I)圖像采集和圖像處理模塊利用了 FPGA并行處理的優(yōu)勢(shì)，提高了數(shù)據(jù)采集速率；(2)系統(tǒng)利用總線模式實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件協(xié)同工作，提高了處理速度并方便了軟硬件的升級(jí)與優(yōu)化；(3)從攝像頭視頻圖像采集，再到數(shù)據(jù)傳輸都采用了數(shù)字化的通信方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化，節(jié)省纜線，大大降低了開(kāi)發(fā)與應(yīng)用成本。
【附圖說(shuō)明】
[0006]下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明:
[0007]圖1是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的整體框架。
[0008]圖2是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖3是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的主機(jī)與數(shù)據(jù)接口示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0011]下面結(jié)合附圖1詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)先實(shí)施方式:一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和視頻數(shù)據(jù)顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊讀取并處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊顯示。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭、時(shí)鐘匹配單元。所述數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)包讀出單元、包FIFO單元、異步FIFO單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元。所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括主機(jī)發(fā)送單元和從機(jī)接收單元。所述視頻顯示模塊包括VGA顯示屏。一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸方法，包括以下步驟:步驟一、數(shù)據(jù)采集模塊采集圖像數(shù)據(jù)，時(shí)鐘匹配單元將攝像頭傳出的速率從25MHz轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)為50MHz，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元將從攝像頭采集轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)從8bit—幀轉(zhuǎn)換成16bit—幀；步驟二、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊；步驟三、數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊處理接收的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)完整的行信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)顯示模塊。所述步驟二包括以下步驟:步驟a，異步FIFO將數(shù)據(jù)采集模塊時(shí)鐘轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)時(shí)鐘域，采用按行送入的方式讀入數(shù)據(jù)；步驟b，在數(shù)據(jù)中加入相關(guān)描述，進(jìn)行打包操作；步驟c，包FIFO讀入并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)打包成UPD包，送到發(fā)送模塊傳輸。所述步驟三數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行位轉(zhuǎn)換后送入RM_RX模塊，經(jīng)過(guò)異步FIFO處理，將數(shù)據(jù)打包送入包FIFO ;以后進(jìn)入數(shù)據(jù)彈出(pop)模塊得到Sbit的數(shù)據(jù)(data)和數(shù)據(jù)使能信號(hào)，之后送入解碼模塊，得到包里面行信號(hào)；將處理后的數(shù)據(jù)送入另外一個(gè)包FIF0，處理得到一個(gè)完整的行信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到VGA接收端。
[0012]1.1攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)模塊
[0013]在使用攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)主要解決的是時(shí)鐘匹配和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換兩大問(wèn)題。數(shù)據(jù)采集僅僅指對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元是在進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和將SDRAM中的數(shù)據(jù)讀出時(shí)將數(shù)據(jù)位數(shù)進(jìn)行8到16位轉(zhuǎn)換。
[0014]1.1.1時(shí)鐘匹配
[0015]在時(shí)鐘匹配模塊主要將攝像頭傳出的速率從25MHz轉(zhuǎn)為50MHz，達(dá)到與系統(tǒng)主時(shí)鐘一致。在設(shè)計(jì)中使用PLL (Phase lock loop鎖相環(huán))實(shí)現(xiàn)倍頻，減少邏輯資源的利用率，提高轉(zhuǎn)換速率。
[0016]1.1.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
[0017]使用Verilog硬件描述語(yǔ)言對(duì)SCCB進(jìn)行初始化，將從攝像頭采集再轉(zhuǎn)存到SDRAM的數(shù)據(jù)從8bit —幀轉(zhuǎn)換成16bit —幀，以便于存入FIFO模塊，達(dá)到高度匹配兼容性。
[0018]2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(SDRAM)
[0019]本模塊主要對(duì)SDRAM進(jìn)行模式配置及初始化操作。SDRAM模塊必須配置正確的上電邏輯以及模式設(shè)置才能夠進(jìn)入期望的工作模式。而且必須要先激活相應(yīng)的存儲(chǔ)塊和鎖定對(duì)應(yīng)的行列地址，才可以進(jìn)行特定的邏輯單元的訪問(wèn)。另外，為了保證存入的數(shù)據(jù)不丟失必須要有定時(shí)的刷新邏輯。
[0020]3.1 FPGA數(shù)據(jù)收發(fā)模塊
[0021]3.1.1數(shù)據(jù)發(fā)送
[0022]本模塊是利用FPGAl號(hào)板將數(shù)據(jù)從SDRAM讀取進(jìn)行打包處理再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到FPGA2號(hào)板。結(jié)構(gòu)框圖如圖2，具體工作流程如下:
[0023](I)異步FIFO將數(shù)據(jù)采集模塊時(shí)鐘轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)時(shí)鐘域，采用按行送入的方式讀入數(shù)據(jù)；
[0024](2)在數(shù)據(jù)中加入相關(guān)描述，進(jìn)行打包操作；
[0025](3)包FIFO讀入并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)打包成UPD包，送到發(fā)送模塊傳輸；
[0026]3.1.2數(shù)據(jù)接收
[0027]數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行位轉(zhuǎn)換后送入RM_RX模塊，經(jīng)過(guò)異步FIFO處理，將數(shù)據(jù)打包送入包FIFO ;以后進(jìn)入數(shù)據(jù)彈出(pop)模塊得到Sbit的數(shù)據(jù)(data)和數(shù)據(jù)使能信號(hào)，之后送入解碼模塊，得到包里面行信號(hào)；將處理后的數(shù)據(jù)送入另外一個(gè)包FIF0，處理得到一個(gè)完整的行信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到VGA接收端。
[0028]2.4網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊
[0029]本模塊主要實(shí)現(xiàn)將主機(jī)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到從機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括主機(jī)發(fā)送與從機(jī)接收兩部分。網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的主機(jī)發(fā)送單元和從機(jī)接收單元和數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊的區(qū)別在于:數(shù)據(jù)預(yù)處理是對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后交給網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊僅在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從主機(jī)發(fā)送到正確的目的從機(jī)。
[0030]2.4.1主機(jī)發(fā)送模塊
[0031]主機(jī)發(fā)送模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3:主機(jī)在接收到數(shù)據(jù)包進(jìn)行簡(jiǎn)單解包操作(即保留其中的源地址SA(Source Address)和Type)后，再將數(shù)據(jù)包直接送入由CPU控制的包FIFO ;CPU完成數(shù)據(jù)處理后將ACK包回發(fā)給從機(jī)，并且發(fā)送Send_en和目的地址DA(Destinat1n Address)到Encap,從而控制主機(jī)是否與對(duì)應(yīng)從機(jī)進(jìn)行通信。
[0032]2.4.2從機(jī)接收模塊
[0033]從機(jī)接收模塊與上述發(fā)送模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別在于從機(jī)的CPU不需要對(duì)DA、SA進(jìn)行處理。因?yàn)橹鳈C(jī)地址固定，其發(fā)出的ACK信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中以廣播形式進(jìn)行傳播。如果從機(jī)的Decap檢測(cè)到與自身一致的DA，則通過(guò)分辨Type來(lái)進(jìn)行控制數(shù)據(jù)包的流向，使之送入到正確的包FIFO。
[0034]2.5圖像顯示模塊
[0035]本模塊采用VGA進(jìn)行視頻圖像顯示。采用了 Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)快速讀取SDRAM，實(shí)現(xiàn)了圖像全屏顯示，同時(shí)也擴(kuò)大了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。視頻顯示效果圖如圖(4)所示。
[0036]在同樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，將本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)結(jié)果與USB總線的高速視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行比較，可以看出:本實(shí)用新型提供的方法每秒中傳輸?shù)膱D片幀數(shù)較多，傳輸?shù)乃俾氏鄬?duì)較快。同樣，將本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于Rocket 1/0的視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行比較，可以看出:本實(shí)用新型提供的方法漏幀的機(jī)率低，不會(huì)出現(xiàn)假同步。并且本實(shí)用新型的刷新速率相對(duì)較快，顯示視頻流暢。
[0037]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和視頻數(shù)據(jù)顯示模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭、時(shí)鐘匹配單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)包讀出單元、包FIFO單元、異步FIFO單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括主機(jī)發(fā)送單元和從機(jī)接收單元。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述視頻顯示模塊包括VGA顯示屏。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)處理模塊讀取并處理數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)接收預(yù)處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊顯示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化，節(jié)省纜線，大大降低了開(kāi)發(fā)與應(yīng)用成本。
【IPC分類(lèi)】H04L29/06, H04N7/18, H04L29/08
【公開(kāi)號(hào)】CN204859408
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520546512
【發(fā)明人】吳丹丹, 萬(wàn)婷, 邢青青
【申請(qǐng)人】安徽師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月23日