專利名稱：嵌入式圖像記錄儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及圖像采集記錄技術，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(fā)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分辨率，高清晰度的圖像已經(jīng)是必然趨勢。因此，硬件廠商在不遺余力的升級自身產(chǎn)品，高分辨率，高清晰度的攝像頭，照相機等電子產(chǎn)品相繼涌現(xiàn)，分辨率已經(jīng)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(tǒng)意義上的圖像存儲設備一般都是采用簡單的磁盤陣列，采用盡量多的磁盤存儲盡量多的圖像數(shù)據(jù)，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(huán)境的影響；此外功能比較簡單(一般只限于存儲數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控以及視頻回放)也是大多數(shù)存儲設備的共性問題，一般不具備對所存儲的圖像數(shù)據(jù)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件開發(fā)以提升硬件利用的能力。

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(huán)境，能夠遠程操控絕大部分基本功能，適用于機載、車載等絕大多數(shù)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(tǒng)圖像存儲設備的所有功能，能夠實現(xiàn)對所存儲的圖像數(shù)據(jù)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(shù)接口的基礎上，用戶能夠基于本發(fā)明可進行軟件的深層次開發(fā)，對圖像做更多更適合自身需要的處理。這樣盡可能的將設備利用最大化。嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:包括采集模塊、存儲模塊、PCIE (PCI Express)轉PCI (Peripheral Component Interconnect)橋接器、CPU處理模塊,米集模塊連接至存儲模塊，存儲模塊通過PCI總線連接至PCIE轉PCI橋接器；PCIE轉PCI橋接器通過PCIE總線連接至CPU處理模塊，通過PCI總線外掛多個PCI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、采集模塊、存儲模塊連接；系統(tǒng)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、采集模塊、存儲模塊供電；當采用專用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盤使用，將存儲模塊存儲的圖像數(shù)據(jù)通過USB 口導出，應用十分方便，因此本設備既是一個圖像采集存儲系統(tǒng)，也是一個移動存儲設備。所述PCI總線通過CPU的PCIE總線橋轉換時，實現(xiàn)了一路PCIE總線與多個不同或相同功能的PCI設備進行通信的功能，在本實用新型中也就實現(xiàn)了通過一條PCIE總線既能夠外掛(DSP處理器或FPGA等)進行圖像數(shù)據(jù)的采集，同時還可以擴展PCI網(wǎng)絡設備以及外掛其他功能的PCI設備。所述采集模塊包括前端的圖像采集設備、圖像數(shù)據(jù)轉換芯片、FPGA(Field-Programmable Gate Array)和 DSP (Digital Signal Processing),圖像米集設備連接圖像數(shù)據(jù)轉換芯片，圖像數(shù)據(jù)轉換芯片連接至與FPGA或者DSP ;所述圖像數(shù)據(jù)轉換芯片采用AD芯片或者其他專用芯片，AD芯片或者其他專用芯片將輸入的PAL復合視頻、cameralink, RGB、DVI/HDMI等圖像數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)，然后將該并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線輸入到FPGA或者DSP，或者將該并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線先輸入到FPGA再輸入到DSP。所述存儲模塊通過PCIE轉PCI橋接器將處理后的圖像數(shù)據(jù)上傳給CPU處理模塊的數(shù)據(jù)流程如下:1.前端的圖像采集設備(攝像頭、照相機、電腦視頻接口等終端設備)將采集到的PAL復合視頻、RGB、DVI/HDM1、Cameralink等圖像信號輸入到圖像數(shù)據(jù)轉換芯片中；2.圖像數(shù)據(jù)轉換芯片將其他格式的圖像數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線輸入到FPGA ；3.FPGA將接收到的并行圖像數(shù)據(jù)進行解碼處理后，有兩種方式進行上傳:第一種可以通過調用FPGA的IP核組建PCI，通過該PCI總線將數(shù)據(jù)上傳給PCIE轉PCI橋接器，最后再通過PCIE轉PCI橋接器的PCIE總線上傳給CPU處理模塊；第二種是將FPGA解碼后的數(shù)據(jù)通過與FPGA連接的DSP本地總線或者專用VIDEO 口上傳給DSP，在DSP中再次進行處理后再通過PCI總線上傳給PCIE轉PCI橋接器，最后再通過橋接器的PCIE總線上傳給CPU處理模塊；4.PCIE轉PCI橋接器轉換出來的PCI總線同樣也能夠掛載其他PCI設備，如PCI網(wǎng)卡芯片和PCI顯卡芯片或者其他，并且可以重復掛載多個相同功能的設備，實現(xiàn)一條PCIE總線和多個PCI設備同時通信的功能，PCIE轉PCI橋接器還掛載千兆網(wǎng)卡芯片，通過千兆網(wǎng)卡芯片連接其他網(wǎng)絡終端設備。所述嵌入式圖像記錄儀可以采集的圖像包括PAL制式復合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI等格式的多種圖像信號。所述存儲模塊可以采用硬盤(包括SATA電子硬盤和SATA機械硬盤以及IDE電子硬盤和IDE機械硬盤)，或者FLASH卡。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采集、存儲、停止采集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統(tǒng)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(jù)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(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)能夠通過外部串口進行狀態(tài)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采集、存儲、停止采集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統(tǒng)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后，在所述嵌入式圖像記錄儀的殼體上有進入采集就緒的綠色或紅色信號指示燈，當采集就緒指示燈高亮時，表明該設備已經(jīng)完成啟動并進入工作就緒狀態(tài)；(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，給終端設備配上鼠標；(3)在終端設備(如筆記本電腦)中安裝一個串口調試助手軟件，在串口調試助手中按照約定的協(xié)議命令鍵入相應的代碼；此時，圖像記錄儀會按照命令執(zhí)行相關的功能，并且返回一個值指示設備是否正常執(zhí)行了該項功能。如:需要執(zhí)行圖像采集這項功能，約定的協(xié)議命令是“AA BB CC DD”，設備正常執(zhí)行時返回“EE FF 00 00”，不正常時返回“11 00 00 00”，那么在終端設備(如筆記本電腦)的串口調試助手軟件中鍵入“M BB CC DD”，當圖像記錄儀正常執(zhí)行了該命令，則串口調試助手中會返回值“EE FF 00 00”，執(zhí)行不正常時返回“11 00 00 00”，沒有執(zhí)行時則沒有命令返回。注:圖像記錄儀在啟動完成后進入采集就緒時會主動發(fā)送一組代碼表明已經(jīng)處于采集就緒狀態(tài)，因此，本設備啟動時是不需要借助指示燈來判定是否已經(jīng)進入就緒狀態(tài)，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(jīng)工作在就緒狀態(tài)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，主控串口用于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，其他串口則用于是對圖像采集、存儲、停止采集、圖像回放、系統(tǒng)關機等功能進行遠程操控或為備用串口使用；采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(huán)境，本設備在采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鼠標和鍵盤，在本發(fā)明上將采集到的圖像通過VGA/DVI/HDMI實時播放出來或者將已經(jīng)存儲到系統(tǒng)內的圖像事后回放出來；本發(fā)明在采用專用USB供電與PC機連接作為移動存儲設備時，在PC機上也可以通過USB連線在PC機上將存儲在嵌入式圖像記錄儀上的圖像直接回放出來。所述嵌入式圖像記錄儀對圖像進行采集存儲，圖像實時顯示、回放、裁剪、壓縮、單幀分析等圖像處理功能。圖像的實時采集存儲并顯示是指設備采集到的圖像數(shù)據(jù)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(huán)回放等功能。圖像裁剪是指用戶可以根據(jù)需要截取存儲文件里的任意一部分圖像數(shù)據(jù)。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(shù)的基礎上，用戶可以根據(jù)自身需要做更深層次的開發(fā)。嵌入式記錄儀有外接的RS232和RS422串口。通過這兩個接口，用戶使用我們提供的API接口函數(shù)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范圍為16GB 1TB，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，并且自帶計算機操作系統(tǒng)，可以在該設備上做深層次的圖像處理軟件開發(fā)；本實用新型能夠作為黑盒方式，只需要通過一組串口并借助其殼體表面的指示信號進行遠程化的暗箱操作，完成圖像采集、存儲、停止采集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統(tǒng)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(huán)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(jiān)視器時，既能夠作為大容量的圖像采集存儲設備，也能夠作為實時監(jiān)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盤使用。

圖1為本實用新型的模塊示意圖圖2為本實用新型采用PCIE轉PCI橋器的橋接連線示意圖其中，附圖標記為:I采集模塊，2存儲模塊，3 PCIE轉PCI橋接器，4 CPU處理模塊，5 PCI總線，6電源轉換模塊，7圖像采集設備，8圖像數(shù)據(jù)轉換芯片，9 FPGA, 10 DSP, 11并行數(shù)據(jù)總線，12其他PCI設備，13其他終端設備，14千兆網(wǎng)卡芯片，15網(wǎng)絡終端設備，16SATA總線，17 PCIE總線。
具體實施方式
如圖2所示，嵌入式圖像記錄儀包括采集模塊1、存儲模塊2、PCIE轉PCI橋接器
3、CPU處理模塊4，采集模塊I連接至存儲模塊2，存儲模塊2通過PCI總線5連接至PCIE轉PCI橋接器3 ；PCIE轉PCI橋接器3通過PCIE總線17連接至CPU處理模塊，通過PCI總線5外掛多個PCI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、采集模塊、存儲模塊連接；系統(tǒng)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、采集模塊、存儲模塊供電；當采用專用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盤使用，將存儲模塊存儲的圖像數(shù)據(jù)通過USB 口導出，應用十分方便，因此本設備既是一個圖像采集存儲系統(tǒng)，也是一個移動存儲設備。所述嵌入式圖像記錄儀可以采集的圖像包括PAL制式復合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI等格式的多種圖像信號。所述采集模塊I包括前端的圖像采集設備7、圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8、FPGA9和DSP10,圖像采集設備7連接圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8，圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8連接至與FPGA9或者DSPlO ;所述圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8采用AD芯片或者其他專用芯片，AD芯片或者其他專用芯片將輸入的PAL復合視頻、cameralink、RGB、DVI/HDMI等圖像數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)，然后將該并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線11輸入到FPGA9或者DSP10，或者將該并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線11先輸入到FPGA9再輸入到DSPlO。所述存儲模塊2可以采用硬盤(包括SATA電子硬盤和SATA機械硬盤以及IDE電子硬盤和IDE機械硬盤)，或者FLASH卡，通過SATA總線16連接至CPU處理模塊4。如圖1所示，當所述PCI總線5通過PCIE轉PCI橋接器3橋轉換時，實現(xiàn)了一路PCIE總線17與多個不同或相同功能的PCI設備進行通信的功能，在本實用新型中也就實現(xiàn)了通過一條PCIE總線17既能夠外掛(DSP10處理器或FPGA9等)進行圖像數(shù)據(jù)的采集，同時還可以擴展PCI網(wǎng)絡設備以及外掛其他功能的PCI設備。[0038]所述存儲模塊2通過PCIE轉PCI橋接器3將處理后的圖像數(shù)據(jù)上傳給CPU處理模塊4的數(shù)據(jù)流程如下:1.前端的圖像采集設備7 (攝像頭、照相機、電腦視頻接口等終端設備)將采集到的PAL復合視頻、RGB、DVI/HDM1、Cameralink等圖像信號輸入到圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8中；2.圖像數(shù)據(jù)轉換芯片8將其他格式的圖像數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)總線11輸入到FPGA9 ；3.FPGA9將接收到的并行圖像數(shù)據(jù)進行解碼處理后，有兩種方式進行上傳:第一種可以通過調用FPGA9的IP核組建PCI，通過該PCI總線5將數(shù)據(jù)上傳給PCIE轉PCI橋接器3，最后再通過PCIE轉PCI橋接器3的PCIE總線17上傳給CPU處理模塊4 ;第二種是將FPGA9解碼后的數(shù)據(jù)通過與FPGA9連接的DSPlO本地總線或者專用VIDEO 口上傳給DSP10，在DSPlO中再次進行處理后再通過PCI總線5上傳給PCIE轉PCI橋接器3，最后再通過橋接器的PCIE總線17上傳給CPU處理模塊4 ；4.PCIE轉PCI橋接器3轉換出來的PCI總線5同樣也能夠掛載其他PCI設備12，如PCI網(wǎng)卡芯片和PCI顯卡芯片或者其他，并且可以重復掛載多個相同功能的設備，實現(xiàn)一條PCIE總線17和多個PCI設備同時通信的功能，通過其他PCI設備12再連接其他終端設備13，PCIE轉PCI橋接器3還可掛載千兆網(wǎng)卡芯片14，通過千兆網(wǎng)卡芯片14連接網(wǎng)絡終端設備15。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嵌入式圖像記錄儀進行圖像采集、存儲、停止采集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統(tǒng)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(jù)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(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)能夠通過外部串口進行狀態(tài)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采集、存儲、停止采集、圖像回放、串口波特率設置，多路串口相互切換、系統(tǒng)關機等功能的遠程操控。所述嵌入式圖像記錄儀的內部數(shù)據(jù)流架構:電源轉換模塊6為其他模塊提供轉換后的工作電源。圖像采集模塊I從圖像輸入接口接收圖像，然后將接收到的圖像信號經(jīng)過圖像轉換芯片轉換成并行數(shù)據(jù)輸入到FPGA9或DSPlO處理，處理后的數(shù)據(jù)分成兩路，一路通過PCIE總線17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接收來自于圖像采集模塊I的圖像數(shù)據(jù)，然后在該模塊中對圖像數(shù)據(jù)分成兩路執(zhí)行，一路通過SATA總線16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(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)存入到存儲設備中(硬盤、FLASH卡等)。數(shù)據(jù)導出:本實用新型可以將存儲的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口或者USB 口將數(shù)據(jù)導出。串口:本實用新型的串口可以用于傳輸文件，還能夠作為設備遠程操控的命令控制端口。嵌入式圖像記錄儀可以對圖像進行采集存儲、圖像實時顯示、回放、裁剪、壓縮、單幀分析等圖像處理功能。圖像的實時采集存儲并顯示是指設備采集到的圖像數(shù)據(jù)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(huán)回放等功能；圖像裁剪是指用戶可以根據(jù)需要截取存儲文件里的任意一部分圖像數(shù)據(jù)；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(shù)的基礎上，用戶可以根據(jù)自身需要做更深層次的開發(fā)。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(shù)可以控制嵌入式圖像記錄儀的工作。
權利要求1.嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:包括采集模塊(I)、存儲模塊(2)、PCIE轉PCI橋接器(3 )、CPU處理模塊(4 )，采集模塊(I)連接至存儲模塊(2 )，存儲模塊(2 )通過PCI總線(5 )連接至PCIE轉PCI橋接器(3);PCIE轉PCI橋接器(3)通過PCIE總線(17)連接至CPU處理模塊，通過PCI總線(5)外掛多個PCI設備；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 )、采集模塊(I)、存儲模塊(2 )連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:所述采集模塊(I)包括前端的圖像采集設備(7)、圖像數(shù)據(jù)轉換芯片(8)、FPGA (9)和DSP (10)，圖像采集設備(7)連接圖像數(shù)據(jù)轉換芯片(8)，圖像數(shù)據(jù)轉換芯片(8)連接至與FPGA (9)或者DSP (10)。
3.根據(jù)權利要求2所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:所述圖像數(shù)據(jù)轉換芯片(8)采用AD芯片。
4.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:所述存儲模塊(2)采用硬盤或者FLASH卡。
5.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于: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(jù)權利要求1所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于: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(jù)權利要求1所述的嵌入式圖像記錄儀，其特征在于:所述嵌入式圖像記錄儀的容量范圍為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采集記錄技術，特別是一種嵌入式圖像記錄儀，其特征在于包括采集模塊、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，并通過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，自帶計算機操作系統(tǒng)，可以在該設備上做深層次的圖像處理開發(fā)，能夠作為黑盒方式，可進行遠程化的暗箱操作。
文檔編號H04N5/76GK202979163SQ20122072319
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者王翔, 吳東 申請人:四川賽狄信息技術有限公司