實現(xiàn)基于USB3.0技術(shù)的高清攝像頭系統(tǒng)設(shè)計
高清圖像質(zhì)量已經(jīng)快速成為現(xiàn)代家庭中多媒體產(chǎn)品的標準配置。在該領(lǐng)域之外的許多應(yīng)用中,更高的分辨率、更好的對比度、更大的色深和更快的幀率也都越來越受歡迎,這些應(yīng)用包括安保、醫(yī)療成像和工廠生產(chǎn)線檢測系統(tǒng)等等。當然,盡管增強型成像技術(shù)在不久的將來更加流行似乎是板上釘釘?shù)氖虑?,但這將取決于支持更高數(shù)據(jù)傳輸能力的先進半導體技術(shù)的發(fā)展。本文將以實例闡述半導體技術(shù)所取得的進展。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/273433.htm 雖然USB連接標準開始并沒有引起太多關(guān)注,但從上世紀90年代中期第一次脫穎而出已經(jīng)改變了很多,它現(xiàn)在已經(jīng)遠遠不只是為低數(shù)據(jù)速率的鼠標和鍵盤等外圍設(shè)備提供簡單的連接。USB3.0 SuperSpeed標準的推出大幅提高了數(shù)據(jù)速率,很多以前USB技術(shù)應(yīng)用不足的行業(yè)現(xiàn)在可以實現(xiàn)高性能視頻成像系統(tǒng),這種系統(tǒng)仍然可以很高的性價比進行部署,不需要配備龐大的工程資源。USB3.0 SuperSpeed的速度幾乎比上一代USB 2.0快了一個量級,它具有完全的向后兼容性,仍然具有相同的即插即用便利性,正是這種便利使USB標準獲得了普遍的吸引力(據(jù)估計,目前全球正在運行的USB端口比人口的總數(shù)還要多)。 USB3.0不僅支持超快的數(shù)據(jù)傳輸,它還可以在相當長的距離(可達10米)維持高數(shù)據(jù)傳輸速率,而其他接口技術(shù)在這方面往往受限,在距離超過幾米時便不得不求助于傳輸纜線。此外,采用USB技術(shù)部署的視頻攝像頭系統(tǒng)可以發(fā)揮其供電能力,在攝像頭和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間只需一個電纜連接即可工作,而不是一個電纜用于視頻數(shù)據(jù)傳輸,另一個電纜來供電。顯然,這最后一點在遠程視頻應(yīng)用中很可能具有更明顯的優(yōu)勢,如視頻監(jiān)控和工業(yè)監(jiān)測設(shè)備,在這些系統(tǒng)中架設(shè)多個電纜有明顯的缺點,會增大與部署系統(tǒng)相關(guān)的成本。圖1 是USB3.0與USB2.0和Camera Link(相機連接)接口術(shù)的比較,可以看出,USB3.0有能力成為實現(xiàn)廣泛的高清視頻的基本接口技術(shù)。
視頻成像設(shè)計實例的組成部分概述
● 東芝2560 x 1440像素分辨率微型攝像頭(microscope camera)
● FTDI Chip 公司FT601Q SuperSpeed USB-to-FIFO橋接IC
● 賽靈思 Spartan 6 FPGA
● 具有USB 3.0端口的PC
● 1/4全高清(QHD)顯示器
● 3.0 SuperSpeed USB-to-FIFO 橋
● 集成式32 位 FIFO總線
圖2所示為一個簡單的USB3.0成像裝置,工作在Windows8操作系統(tǒng)下,高分辨率微型攝像頭(2560 X1440像素)通過USB3.0把成像數(shù)據(jù)流傳輸?shù)礁咔?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/顯示器">顯示器。成像數(shù)據(jù)傳輸速率為2.08 Gbit/s,這樣可以維持38幀/秒的高清晰度幀率,而不會出現(xiàn)任何延遲或圖像失真,從而確保觀看體驗不受影響。該USB3.0成像系統(tǒng)除了可提供比USB 2.0高得多的數(shù)據(jù)傳輸率外,還受益于USB 3.0標準可以維持更高的功率水平(全速傳輸數(shù)據(jù)時為900毫安,USB2.0為480毫安)。
圖2成像系統(tǒng)中詳述的USB3.0數(shù)據(jù)傳輸功能是由FTDI Chip公司新推出的FT601Q SuperSpeed USB至FIFO橋接口IC實現(xiàn)。該系統(tǒng)的攝像頭控制和數(shù)據(jù)采集都通過相應(yīng)的FPGA器件處理(本例中采用的是一個賽靈思公司的Spartan6器件)。FPGA負責所有的成像系統(tǒng)時序功能,負責設(shè)置幀率等。采集到的數(shù)據(jù)從FPGA經(jīng)32位并行數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)紽T601Q(該橋接器件還具有32位FIFO數(shù)據(jù)緩沖器RAM,在需要時可以利用)。之后,數(shù)據(jù)經(jīng)由一個USB 3.0接口傳送到PC,并最終顯示在QHD顯示屏。
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