專利名稱：一種攝像頭和數(shù)據(jù)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像壓縮領(lǐng)域，尤其涉及一種兼容多種圖像壓縮方法的攝像頭。
背景技術(shù)：
目前，攝像頭在輸出圖像數(shù)據(jù)時一般有兩種格式1)未經(jīng)過壓縮的圖像數(shù)據(jù)；2)使用Motion JPEG(Motion Joint Photographic Expert Group，MJPEG)壓縮后的圖像數(shù)據(jù)。其中，JPEG(Joint Photographic Expert Group)是一種統(tǒng)一的靜態(tài)圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)，而對于MJPEG來說，其作為一種運(yùn)動圖像壓縮方案，雖然使用了JPEG壓縮算法來對運(yùn)動圖像的每一幀進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，但它還未能成為一種統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。這樣，雖然目前MJPEG被廣泛應(yīng)用的應(yīng)用于攝像頭的圖像壓縮，但由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各種MJPEG壓縮算法之間都不兼容，以至于對各種PC攝像頭輸出的MJPEG壓縮數(shù)據(jù)沒法用統(tǒng)一的軟件進(jìn)行解碼。這種結(jié)果不但導(dǎo)致每個攝像頭芯片設(shè)計廠商都需要開發(fā)自己的軟件，也導(dǎo)致在攝像頭使用時必須要安裝專門的驅(qū)動軟件，這樣，不但造成了軟件的重復(fù)開發(fā)，也給用戶造成使用上的不便。
因此，亟待出現(xiàn)一種兼容多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)的攝像頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可以兼容多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)的攝像頭及數(shù)據(jù)處理裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的攝像頭的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供的攝像頭包括圖像傳感器、微控制器、圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊、圖像壓縮模塊和USB總線模塊。所述圖像傳感器用于采集圖像信號；所述的圖像傳感器接口模塊接收所述圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊或USB總線模塊；所述圖像處理模塊用于對接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述微控制器發(fā)送控制信號給所述的圖像傳感器接口模塊和圖像處理模塊；所述圖像壓縮模塊用于對圖像處理模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；所述USB總線模塊接收圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊或圖像壓縮模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并將其輸出；其中，所述圖像壓縮模塊包括頭生成模塊、核心編碼模塊、存儲模塊和選擇模塊，所述存儲模塊用于儲存多種圖像壓縮方法，所述選擇模塊用于控制所述核心編碼模塊進(jìn)行工作的圖像壓縮方法，其中，所述頭生成模塊和所述核心編碼模塊用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
進(jìn)一步的，所述選擇模塊是可配置寄存器。
進(jìn)一步的，所述核心編碼模塊包括預(yù)處理子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對所述頭生成模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行離散余弦變換；量化子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的離散余弦變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后，進(jìn)行之形掃描；變長編碼子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的經(jīng)之形掃描后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變長編碼后輸出。
進(jìn)一步的，所述存儲模塊存儲了MJPEG和MPEG2I幀圖像壓縮。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)處理裝置包括微控制器、圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊、圖像壓縮模塊和USB總線模塊。所述的圖像傳感器接口模塊接收外部圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊或USB總線模塊；所述圖像處理模塊用于對接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述微控制器發(fā)送控制信號給所述的圖像傳感器接口模塊和圖像處理模塊；所述圖像壓縮模塊用于對圖像處理模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；所述USB總線模塊接收圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊或圖像壓縮模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并將其輸出；其中，所述圖像壓縮模塊包括頭生成模塊、核心編碼模塊、存儲模塊和選擇模塊，所述存儲模塊用于儲存多種圖像壓縮方法，所述選擇模塊用于控制所述核心編碼模塊進(jìn)行工作的圖像壓縮方法，其中，所述頭生成模塊和所述核心編碼模塊用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
進(jìn)一步的，所述選擇模塊是可配置寄存器。
進(jìn)一步的，所述核心編碼模塊包括預(yù)處理子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對所述頭生成模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行離散余弦變換；量化子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的離散余弦變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后，進(jìn)行之形掃描；變長編碼子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的經(jīng)之形掃描后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變長編碼后輸出。
進(jìn)一步的，所述存儲模塊存儲了MJPEG和MPEG2I幀圖像壓縮。
使用本發(fā)明，利用了多種壓縮方式的共同點與相似性，在共同的硬件中設(shè)置多種壓縮方法，使得硬件實現(xiàn)過程中，沒有增加過多的RAM(Random AccessMemory)和過多的邏輯，實現(xiàn)了在低成本下同時兼容多種圖像壓縮方法。


圖1為本發(fā)明設(shè)計的攝像頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明設(shè)計的攝像頭中的圖像壓縮模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的圖像壓縮模塊中的核心編碼模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合說明書附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖1所示，是本發(fā)明提供的攝像頭的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可見，本發(fā)明的攝像頭包括圖像傳感器100和數(shù)據(jù)處理裝置200。
所述圖像傳感器100用于將光電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并將圖像數(shù)據(jù)傳送給所述數(shù)據(jù)處理裝置200。所述數(shù)據(jù)處理裝置200包括圖像傳感器接口模塊10、圖像處理模塊20、圖像壓縮模塊30、微控制器40、USB總線模塊60。
所述圖像傳感器接口模塊10根據(jù)自己內(nèi)部產(chǎn)生或圖像傳感器產(chǎn)生的水平和垂直方向同步信號對圖像傳感器100的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。所述圖像傳感器接口模塊采集的數(shù)據(jù)可以直接送到USB(universal serial bus)總線模塊，然后傳到個人電腦(personal computer)上；也可以經(jīng)過圖像處理模塊20進(jìn)行一些圖像處理，然后再通過USB總線模塊60傳到PC上。圖像傳感器接口模塊與圖像傳感器之間的通訊可以是串行通訊方式。
所述圖像處理模塊20接收圖像傳感器接口模塊10發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)，并對圖像進(jìn)行放大、縮小、增益調(diào)節(jié)、顏色處理等相關(guān)操作。
對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，由于帶寬很寶貴，經(jīng)過圖像處理之后數(shù)據(jù)一般來說還要經(jīng)過圖像壓縮模塊30的壓縮再傳送給USB總線模塊50，這樣，減少圖像數(shù)據(jù)所占用的空間，以有效降低傳輸數(shù)據(jù)量。在下文中，將對圖像壓縮模塊30進(jìn)行詳細(xì)描述。
所述微控制器40并通過設(shè)定其它模塊的寄存器決定是否進(jìn)行圖像處理和壓縮以及圖像處理和壓縮的各種控制參數(shù)寄存器，從而達(dá)到用戶對圖像質(zhì)量的要求。它還可以接受各個模塊在運(yùn)行某種功能時反饋回來的中斷并對該中斷進(jìn)行相應(yīng)的處理。
在本發(fā)明中，所述圖像壓縮模塊30可以兼容有多種圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在本實施中，就以兼容Motion JPEG壓縮方式和MPEG2(Moving Pictures ExpertsGroup；動態(tài)圖象專家組)I幀壓縮方式為例來介紹一下圖像壓縮模塊30。
首先介紹一下MPEG2壓縮，所謂MPEG2壓縮是根據(jù)運(yùn)動圖像相鄰幀之間有一定的相似性原則，通過運(yùn)動預(yù)測，參考前一幀圖像與這一幀圖像的相似情況，去掉與前一幀相似的冗余數(shù)據(jù)，而只記錄這一幀與上一幀不同的數(shù)據(jù)，從而大大提高了視頻數(shù)據(jù)的壓縮效率，這種壓縮方法也稱為幀相關(guān)壓縮。MPEG2壓縮是以圖像組(GOP)為一個單元的，由I幀、B幀、P幀構(gòu)成。作為一種專為運(yùn)動圖像壓縮而開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)MPEG2，是一種統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。雖然完整的MPEG2編碼器對于攝像頭的硬件實現(xiàn)而言過于昂貴，但只做I幀壓縮的MPEG2編碼器硬件實現(xiàn)的成本卻比較低，適合攝像頭應(yīng)用。
請參考圖2所示，圖像壓縮模塊30包括控制模塊301、核心編碼模塊302、頭生成模塊303、以及SRAM(Static Random Access Memory；靜態(tài)存儲器)存儲器305、SRAM控制器306、輸入數(shù)據(jù)接口307和輸出數(shù)據(jù)接口308。
所述圖像壓縮模塊30中各模塊的工作流程是，通過輸入數(shù)據(jù)接口307圖像數(shù)據(jù)由圖像處理模塊20輸入到頭生成模塊303，經(jīng)過對圖像數(shù)據(jù)生成頭后，通過核心編碼模塊301進(jìn)行編碼，然后把圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過輸出數(shù)據(jù)接口308輸出到USB總線模塊。在編碼過程中，控制模塊301根據(jù)核心編碼模塊302的需求控制其與SRAM存儲器的數(shù)據(jù)通信。
在進(jìn)行上述圖像數(shù)據(jù)壓縮的過程中，MJPEG壓縮方式和MPEG2I幀壓縮方式在硬件實現(xiàn)上的不同點主要是在于核心編碼模塊302和頭生成模塊303中?；贛JPEG壓縮方式和MPEG2I幀壓縮方式在硬件實現(xiàn)上的相同點，本發(fā)明中的圖像壓縮模塊30共用了相同的部分。對于不同點核心編碼模塊302和頭生成模塊303，本發(fā)明的圖像壓縮模塊30進(jìn)一步提供了選擇模塊304和存儲模塊309。其中，存儲模塊309中儲存有適合進(jìn)行MJPEG壓縮時頭生成模塊303需要的算法也儲存有適合進(jìn)行MPEG2I幀壓縮時頭生成模塊303需要的算法，另外，所述存儲模塊309中還儲存有適合進(jìn)行MJPEG壓縮時核心編碼模塊302需要的算法也儲存有適合進(jìn)行MPEG2I幀壓縮時核心編碼模塊302需要的算法。所述選擇模塊304可以由可配置寄存器組成，其用于決定核心編碼模塊302和頭生成模塊303當(dāng)前是從存儲模塊309中選擇MJPEG壓縮算法還是MPEG2I幀壓縮算法。
進(jìn)一步的，請參看圖3所示，所述核心編碼模塊302包括預(yù)處理子模塊(preprocess module)401、離散余弦變換子模塊(discrete cosine transformationmodule；DCT)402、量化子模塊(quantization module)403、之形掃描子模塊(zigzag module)404和變長編碼子模塊(variant length code module；VLC)405。所述預(yù)處理模塊401對頭生成模塊303輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，在離散余弦變換模塊402進(jìn)行離散余弦變換；量化模塊403對輸入的離散余弦變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后，在之形掃描模塊404進(jìn)行之形掃描；變長編碼模塊405對輸入的之形掃描后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變長編碼后輸出。
其中，在核心編碼過程中，MJPEG壓縮方式和MPEG2I幀壓縮方式之間的不同主要是在于預(yù)處理模塊401、量化模塊403和變長編碼模塊405。因此，本發(fā)明的圖像壓縮模塊30充分利用了它們之間的共同點，僅僅在儲存模塊中儲存有這三個不同模塊適用于MJPEG壓縮方式和MPEG2I幀壓縮的算法。通過，選擇單元304的選擇可以使預(yù)處理模塊401、量化模塊403和變長編碼模塊405工作在MJPEG壓縮方式下和也可以工作在MPEG2I幀壓縮方式下。
從中我們可以看到，本發(fā)明實施例在硬件的實現(xiàn)過程中，就可以通過圖3中可選擇模塊來控制這些MJPEG和MPEG2I幀壓縮不同的模塊，也就是通過可配置控制寄存器模塊來確定選擇這些模塊在工作中來使用MJPEG方式，或者選擇MPEG2I幀壓縮方式。由于在本發(fā)明中在存儲模塊里預(yù)設(shè)了多種方法，因此通過可配置控制寄存器模塊配置來調(diào)控所需的壓縮方法，從而充分利用了這兩種方法中硬件存在的共同點與相似性，使得能在低成本下實現(xiàn)了同時兼容多種圖像壓縮方法。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種攝像頭，包括圖像傳感器、微控制器、圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊、圖像壓縮模塊和USB總線模塊，所述圖像傳感器用于采集圖像信號；所述的圖像傳感器接口模塊接收所述圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊或USB總線模塊；所述圖像處理模塊用于對接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述微控制器發(fā)送控制信號給所述的圖像傳感器接口模塊和圖像處理模塊；所述圖像壓縮模塊用于對圖像處理模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；所述USB總線模塊接收圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊或圖像壓縮模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并將其輸出；其特征在于所述圖像壓縮模塊包括頭生成模塊、核心編碼模塊、存儲模塊和選擇模塊，所述存儲模塊用于儲存多種圖像壓縮方法，所述選擇模塊用于控制所述核心編碼模塊進(jìn)行工作的圖像壓縮方法，其中，所述頭生成模塊和所述核心編碼模塊用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述選擇模塊是可配置寄存器。
3.如權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述核心編碼模塊包括預(yù)處理子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對所述頭生成模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行離散余弦變換；量化子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的離散余弦變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后，進(jìn)行之形掃描；變長編碼子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的經(jīng)之形掃描后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變長編碼后輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述存儲模塊存儲了MJPEG和MPEG2I幀圖像壓縮。
5.一種數(shù)據(jù)處理裝置，其包括微控制器、圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊、圖像壓縮模塊和USB總線模塊，所述的圖像傳感器接口模塊接收外部圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊或USB總線模塊；所述圖像處理模塊用于對接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述微控制器發(fā)送控制信號給所述的圖像傳感器接口模塊和圖像處理模塊；所述圖像壓縮模塊用于對圖像處理模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；所述USB總線模塊接收圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊或圖像壓縮模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并將其輸出；其特征在于所述圖像壓縮模塊包括頭生成模塊、核心編碼模塊、存儲模塊和選擇模塊，所述存儲模塊用于儲存多種圖像壓縮方法，所述選擇模塊用于控制所述核心編碼模塊進(jìn)行工作的圖像壓縮方法，其中，所述頭生成模塊和所述核心編碼模塊用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
6.如權(quán)利要求5所述的攝像頭，其特征在于，所述選擇模塊是可配置寄存器。
7.如權(quán)利要求5所述的攝像頭，其特征在于，所述核心編碼模塊包括預(yù)處理子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對所述頭生成模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行離散余弦變換；量化子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的離散余弦變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后，進(jìn)行之形掃描；變長編碼子模塊，用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法，對輸入的經(jīng)之形掃描后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變長編碼后輸出。
8.如權(quán)利要求5所述的攝像頭，其特征在于，所述存儲模塊存儲了MJPEG和MPEG2I幀圖像壓縮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種攝像頭，其包括圖像傳感器、微控制器、圖像傳感器接口模塊、圖像處理模塊、圖像壓縮模塊和USB總線模塊。所述的圖像傳感器接口模塊接收所述圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊、圖像壓縮模塊或USB總線模塊。所述USB總線模塊接收各模塊的圖像數(shù)據(jù)并將其輸出。其中，所述圖像壓縮模塊包括頭生成模塊、核心編碼模塊、存儲模塊和選擇模塊，所述存儲模塊用于儲存多種圖像壓縮方法，所述選擇模塊用于控制所述核心編碼模塊進(jìn)行工作的圖像壓縮方法。所述頭生成模塊和所述核心編碼模塊用于根據(jù)所述選擇模塊的選擇，從所述存儲模塊中讀取相應(yīng)的圖像壓縮方法對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
文檔編號H04N5/77GK1852439SQ20061001194
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者吳大畏, 陳志華 申請人:北京中星微電子有限公司