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实现基于USB30技术的高清摄像头系统设计

2019-05-30 23:36 摄像头 已读

  高清图像质量已经快速成为现代家庭中多媒体产品的标准配置。在该领域之外的许多应▲●…△用中,更高的分辨率、更好的对比度、更大的色深和更快★-●=•▽的帧率也都越来越受欢迎,这些应用包◇•■★▼括安保、医疗成像和工厂生产线检测系统等等。当然,尽管增强型成像技术在不▪…□▷▷•久的将来更加流行似乎是板上钉钉的事情,但这将取决于◆▼支持更高数据传输能力的先进半导体技术的发展。本文将以实例阐述半导体技术所取得的进展。

  虽然USB连接标准开始并没有引起太多关注,但从上世纪90年代中期第一次脱颖而出已经改变了很多,它现在已经远远不只是为低数据速率的鼠标◆■和键盘等外围设备提供简单的连接。USB3.0 SuperSpeed标准的推出大幅提高了数据速率,很多以前USB技术应用不足的行业现在可以实现高性能视频成像系统,这种系统仍然可以很高的性价比进行部署,不需要配备庞大的工程资源。USB3.0 SuperSpeed的速度几乎比上一代USB 2.0快了一个量级,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,正是这种便利使USB标准获得了普遍的吸引力(据估计,目前全球正在运行的USB端口比人口的总数还要多)。 USB3.0不仅支持超快的数据传▼▼▽●▽●输,它还可以在相当长的距离(可达10米)维持高数据传输速率,而其他接口技术在这方面往往★△◁◁▽▼受限,在距离超过几米时便○▲-•■□不得不求助于传输缆线。此外,采用USB技术部署的视频摄像头系统可以发挥其供电能力,在摄像头和数据采集系统之间只▪•★需一个电缆连接即可工作,而不是一个电缆用于视频数据传输,另一个电缆▲=○▼来供电。显然,这最后一点在远程视频应用中很可能具有更明显的优势,如视频监控和工业监测设备,在这些系统中架设多个电缆有明显的缺点,会增大与部署系统相关•☆■▲的成本。图1 是USB3.0与USB2.0和Camera Link(相机连接)接口术的比较,可以看□◁出,USB3.0有能力成为实现广泛的高清视频的基本接口技术。

  ● 集成式32 位FIFO总线所示为一个简单的USB3.0成像装置,工作在Windows8操作系统下,高分辨率微型摄像头(2560 X1440像素)通过USB3.0把成像数据流传输到高清

  。成像数据传输速率为2.08 Gbit/s,这样可以维持38帧/秒的高清晰度帧率,而不会出现任何延迟或图像失真,从而确保观看体验不受影响。该USB3.0成像系统除了可提供比USB 2.0高得多▼▲的数据传输率外,还受益于USB 3.0标准可以维持更高的功率水平(全速传输数据时为900毫安,USB2.0为480毫安)。

  图2成像系统中详述的USB3.0数据传输功能是由FTDI Chip公司新推出的FT601Q SuperSpeed USB至FIFO桥接口IC实现。该系统的摄像头控制和数据采集都通过相应的

  器件处理(本例中采用的是一个赛灵思公司的Spartan6器件)。FPGA负责所有的成像系统时序功能,负责设置帧率等。采集到的数据从FPGA经32位并行数据总线位FIFO数据缓冲器RAM,在需要时可以利用)。之后,数据经由一个USB 3.0接口传送到PC,并最终显示在QHD显示屏。

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