高速Cameralink图像数据光纤传输系统设计
基于Camera Link的高可靠性图像数据传输设计
㊀２０２１年㊀第１期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．１㊀收稿日期：２０１９－１２－２３基于ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的高可靠性图像数据传输设计甄国涌１，２，３，丁润琦１，２，张凯华１，２（１．中北大学，山西太原㊀０３００５１；２．电子测试技术国家重点实验室，山西太原㊀０３００５１；３．仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原㊀０３００５１）㊀㊀摘要：针对高速图像数据在传输时可靠性低的问题，分别从硬件和逻辑两方面对图像传输接口进行优化设计㊂在硬件上，采用ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ为高速图像数据传输接口；在逻辑上，采用ＦＰＧＡ为主控制器，通过对ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口时序优化设计，保证了数据传输的准确性，并且通过采用ＣＲＣ＋ＥＣＣ双校验结合的方法实现了图像数据在高速传输时多错重传㊁少错纠正，提高了数据传输的可靠性㊂经试验验证，该设计可实现在短距离㊁大数据量的情况下可靠传输，在较长距离传输时误码率低于一百亿分之一㊂关键词：ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ；图像传输；双校验；时序优化；高速传输；低误码率中图分类号：ＴＮ９１９㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０１－００４３－０５ＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＩｍａｇｅＤａｔａＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＣａｍｅｒａＬｉｎｋＺＨＥＮＧｕｏ⁃ｙｏｎｇ１，２，３，ＤＩＮＧＲｕｎ⁃ｑｉ１，２，ＺＨＡＮＧＫａｉ⁃ｈｕａ１，２（１．ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＤｙｎａｍｉｃＴｅｓｔｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｉｍａｇｅｄａｔａｄｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎ⁃ｔｅｒｆａｃｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｌｏｇｉｃ．Ｏｎｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ，ＣａｍｅｒａＬｉｎｋｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｉｍａｇｅｄａ⁃ｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｏｎｔｈｅｌｏｇｉｃ，ＦＰＧＡｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＴｈｅｔｉｍｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＣａｍｅｒａＬｉｎｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｎｓｕｒｅｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｂｙｕｓｉｎｇＣＲＣ＋ＥＣＣｄｏｕｂｌｅｃｈｅｃｋ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｍｅｔｈｏｄｒｅａｌｉｚｅｄｍｕｌｔｉ⁃ｐｌｅｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｆｅｗｅｒｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｉｍａｇｅｄａｔａｄｕｒｉｎｇｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｉｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃａｎａｃｈｉｅｖｅｒｅｌｉａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｓｈｏｒｔｄｉｓｔａｎｃｅｓａｎｄｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｄａｔａ，ａｎｄｔｈｅｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｏｎｅｉｎｔｅｎｂｉｌｌｉｏｎｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ；ｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｄｏｕｂｌｅｃｈｅｃｋ；ｔｉｍｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｌｏｗｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅ０㊀引言伴随着高帧频㊁高像素的工业相机应用越来越广泛，对图像数据的传输速率以及可靠性提出了更高的要求［１］㊂目前图像数据传输主要采用ＩＥＥＥ－１３９４㊁ＬＶＤＳ以及ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ等标准接口协议㊂ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口采用串并结合的传输方式相对于其他协议具有更高的传输速度和更强的抗干扰性能，并且输出总线较少，便于设计开发，ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口协议已经逐渐成为数字图像传输设计中的首选接口协议，因此选用ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ作为此次设计的图像传输接口［２］㊂在ＦＰＧＡ逻辑设计中通过对ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口时序进行优化设计以及采用ＣＲＣ＋ＥＣＣ双校验结合的方法进一步提高了数据传输的可靠性㊂１㊀整体设计方案本文设计的图像传输系统主要由高速图像信源卡㊁高速图像记录器以及上位机组成，如图１所示㊂其中高速图像信源卡的主要功能为模拟工业相机对图像数据传输和指令互传准确性进行测试㊂高速图像记录器作为图像数据接收端用于在恶劣测试环境下接收并存储图像数据㊂系统的工作流程为ＦＰＧＡ首先收到由上位机发送的图像加载命令，并准备接收ＰＣＩ总线上的数据，ＦＰＧＡ将接收的数据写入ＤＤＲ中，当ＤＤＲ中缓存了完整一帧图像后，ＦＰＧＡ将ＤＤＲ中的数据通过ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口将ＬＶＣＭＯＳ／ＬＶＴＴＬ信号转换为ＬＶＤＳ信号发送到图像记录器㊂图像记录器接收到图像数据后，先将数据缓存在ＤＤＲ中，当接收了完整一帧图像后，ＦＰＧＡ将缓存读出，并写入到ＦＬＡＳＨ存储阵列中㊂ＲＳ－４２２接口主要完成设备之间的指令相互传输㊂㊀㊀㊀㊀㊀４４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪａｎ．２０２１㊀图１㊀整体设计框图２㊀ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口设计２．１㊀ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口协议ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口标准协议包括用于命令传输的串行通信信号㊁用于采集卡对相机控制的控制信号㊁电源信号以及图像数据信号㊂其中图像数据信号由２８位信号组成，包括２４位数据信号和４位数据有效信号㊂数据有效信号包括帧同步ＦＶＡＬ㊁行同步ＬＶＡＬ㊁数据有效ＤＶＡＬ以及保留信号ＳＰＡＲＥ［３］㊂２．２㊀ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口电路设计在此次设计中图像发送端选用ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口专用驱动芯片ＤＳ９０ＣＲ２８５，在接收端选用ＤＳ９０ＣＲ２８６作为接收芯片㊂该芯片支持的最大像素时钟为６６ＭＨｚ，图像数据最大传输速度为１．８４８Ｇｂｉｔ／ｓ，且该芯片实现ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口通讯较简便，电路原理框图如图２所示［４］㊂３㊀传输逻辑可靠性设计３．１㊀ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口时序优化设计为保证使用ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口发送图像数据时数据传输的准确性，需要按照协议对接口同步信号严格图２㊀ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口电路原理框图控制［５］㊂在图像数据开始发送时需先将帧同步信号置为 １ ；之后在经过１０个时钟后将行同步信号置为 １ ，发送一行数据，当一行数据发送完成后需等待１０个时钟周期后才可发送下一行数据㊂当帧同步㊁行同步和数据有效信号同时有效时，图像依次发送㊂发送完成后ＦＶＡＬ在１０个时钟周期后置低，结束数据发送［６］㊂图像数据发送时序仿真如图３所示㊂图３㊀图像数据发送时序仿真图为保证图像数据的传输时序满足驱动器ＤＳ９０ＣＲ２８５的建立／保持时间，需对ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口时序进行优化设计㊂ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的驱动器和接收器在进行图像数据传输前需保证两端的锁相环同步，为保证两端快速同步，在上电复位完成后，驱动器不断地向接收器发送无效递增数，接收器根据不断变化的数据流快速对时钟解码，达到锁相环同步的目的［７］㊂驱动器要求数据的建立时间不少于２．５ｎｓ，为确保数据稳定达到驱动芯片的建立时间，使用ＦＰＧＡ中的ＤＣＭ模块对图像数据进行移相操作，为保证驱动㊀㊀㊀㊀㊀第１期甄国涌等：基于ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的高可靠性图像数据传输设计４５㊀㊀器在时钟下降沿采样时数据已经达到稳定状态，将时钟相移９０ʎ㊂由于采用的是５０ＭＨｚ的采样时钟，则采样时间延迟５ｎｓ，满足数据的建立时间㊂使用示波器测量输入的并行数据最低位与像素时钟的波形如图４所示㊂图４㊀相移前与相移后波形图３．２㊀双校验逻辑实现双校验逻辑实现流程为：ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ数据的发送端和接收端在发送和接收数据时都以１０２４字节为一包数据㊂当发送端将一包数据发送完成后紧接着发送这一包数据的双校验码，接收端在接收数据的同时计算该包数据的双校验码，在接收端接收完成一包数据后首先判断发送端发送的ＣＲＣ值与接收端接收的ＣＲＣ值是否一致㊂如果ＣＲＣ校验值一致表示数据正确，准备接收下一包数据；若ＣＲＣ校验值不一致，则通过对该数据包的ＥＣＣ校验码进行判断并计算出该数据包中数据出错的位置㊂若ＥＣＣ判断错误位数较少可纠正，则对该出错数据取反纠正；若错误位数较多，不可纠正，则数据接收端向发送端发送重传请求㊂３．２．１㊀ＣＲＣ校验逻辑实现数据以１０２４字节为一包，为保持较高的检错率在逻辑设计时选用ＣＲＣ１６校验方法㊂对于数据量较多的运算，传统的逐位串行运算校验速率较低，耗费时钟周期较长㊂而通过使用查表法ＣＲＣ运算可并行处理接收的数据，效率较高，适合大量数据校验［８］㊂在传输过程中发送端和接收端都进行ＣＲＣ校验，若接收端和发送端的校验结果不一致，则表明在数据传输过程中出现误码或丢数现象，反之，则说明数据在传输过程中无错误㊂３．２．２㊀ＥＣＣ校验逻辑实现ＥＣＣ校验是由奇偶校验方法发展而来，ＥＣＣ校验是将数据块看做矩阵，通过计算行㊁列校验码来对数据进行检验以及纠错㊂ＥＣＣ校验方法可以对一位错误纠错，可以检验出两位错误但是无法纠正［９］㊂ＥＣＣ校验示意图如图５所示㊂ＥＣＣ校验过程为：首先将需发送的数据块中的数据字按位异或，将得到的异或结果与Ｐ１㊁Ｐ１ᶄ㊁Ｐ２㊁Ｐ２ᶄ等异或，得到列校验码㊂每次发送完成数据字后便将该字与Ｐ１６㊁Ｐ１６ᶄ㊁Ｐ３２㊁Ｐ３２ᶄ等异或，得到行校验码㊂当数据块中的数据字发送完成后，计算的结果即为该数据块的ＥＣＣ校验值㊂将信号发送端和接收端计算的ＥＣＣ校验码根据奇偶位可分为４组１２位校验码㊂ＥＣＣ＿ｔｘ＿ｏｄｄ＜＝Ｐ２０４８＆Ｐ１０２４＆ Ｐ８＆Ｐ４＆Ｐ２＆Ｐ１ＥＣＣ＿ｔｘ＿ｅｖｅｎ＜＝Ｐ２０４８ᶄ＆Ｐ１０２４ᶄ＆ Ｐ８ᶄ＆Ｐ４ᶄ＆Ｐ２ᶄ＆Ｐ１ᶄＥＣＣ＿ｒｘ＿ｏｄｄ＜＝Ｐ２０４８＆Ｐ１０２４＆ Ｐ８＆Ｐ４＆Ｐ２＆Ｐ１ＥＣＣ＿ｒｘ＿ｅｖｅｎ＜＝Ｐ２０４８ᶄ＆Ｐ１０２４ᶄ＆ Ｐ８ᶄ＆Ｐ４ᶄ＆Ｐ２ᶄ＆Ｐ１ᶄＥＣＣ＿ｒｅｓｕｌｔ＜＝ＥＣＣ＿ｔｘ＿ｏｄｄ⊕ＥＣＣ＿ｒｘ＿ｏｄｄ⊕ＥＣＣ＿ｔｘ＿ｅｖｅｎ⊕ＥＣＣ＿ｒｘ＿ｅｖｅｎ其中ＥＣＣ＿ｒｅｓｕｌｔ为数据的ＥＣＣ校验值㊂若数据的ＥＣＣ校验结果全为 ０ 则表示数据正确，若结果全为 １ 表示数据中只有１位错误，若为其他值表示数据中存在多位错误㊂ＥＣＣ纠错方法：ＥＣＣ＿ａｄｄｒ＜＝ＥＣＣ＿ｔｘ＿ｏｄｄ⊕ＥＣＣ＿ｒｘ＿ｏｄｄ，得到的结果中高８位表示错误的字地址，低４位表示出错的位地址㊂通过地址找到出错的位置取反即可纠正㊂３．２．３㊀发送端逻辑实现ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ发送端采用乒乓操作的方式进行数据发送，发送端首先发送ＲＡＭ１中的数据，当数据发送完成后紧接着发送２个ＥＣＣ校验值和１个ＣＲＣ校验值㊂当ＲＡＭ１中的数据以及双校验码发送完成后，发送端紧接着向ＲＡＭ２缓存下一包数据并等待接收端的重传请求，如果无重传请求，数据发送端将ＲＡＭ２中缓存的数据读出并发送㊂若发送收到重传请求，则再次将ＲＡＭ１中的数据读出并发送㊂为保障数据的传输效率，发送端在第２次发送完成后，不再等待重传请求直接开始发送下一包数据，发送端工作流程图如图６所示［１０］㊂３．２．４㊀接收端逻辑实现数据接收端将收到的图像数据写入ＲＡＭ中，并计算这一包数据的ＣＲＣ和ＥＣＣ校验值㊂如果ＣＲＣ校㊀㊀㊀㊀㊀４６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪａｎ．２０２１㊀图５㊀ＥＣＣ校验示意图图６㊀发送端工作流程图验值一致表明接收到的数据包正确，不需要纠正或重传，等待接收下一包数据；若不一致则根据ＥＣＣ校验值判断出错的位数，如果出错的位数为一位，根据ＥＣＣ校验结果计算出错的位置并进行取反纠错，否则请求重传㊂接收端工作流程图如图７所示㊂４㊀试验验证及分析为验证图像传输的可靠性，使用图像信源卡㊁图像记录器以及上位机构成一个闭环测试系统㊂使用地面测试电缆，连接图像信源卡和图像记录器的图７㊀接收端工作流程图ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口，使用上位机软件向信源卡发送图像传输指令，图像传输完成后回读图像记录器中的ＦＬＡＳＨ数据㊂在传输距离为５ｍ的要求下，对该设计进行测试㊂通过信源卡向图像记录器发送１６ｂｉｔ的递增数信号，图像记录器接收的图像如图８所示，可看出像素点无突变㊂在不同传输距离和不同数据量下对图像数据传输可靠性进行测试，测试结果如表１所示㊂根据测试结果可知，在不使用双校验逻辑的情况下数据误码较多，且随着传输距离和数量的增加误码也增加㊂在加入双校验逻辑后，在短距离㊁大数据量的情况下都不会出现误码，在较长距离的情况下会有少数的误码，误码率低于一百亿分之一㊂㊀㊀㊀㊀㊀第１期甄国涌等：基于ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的高可靠性图像数据传输设计４７㊀㊀图８㊀１６ｂｉｔ灰度图像表１㊀误码统计表测试序号传输距离／ｍ数据量／ＧＢ误码个数双校验前双校验后重传次数１４１６２６００２４３２５７００３６１６５２００４６３２９６００５８１６１０６０２６８３２１９８２８７１０１６１７５７２３８１０３２４５３１６３１５㊀结束语针对图像数据在高速传输时可靠性较低的问题，设计了基于ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的高可靠性图像数据传输系统㊂通过对接口时序进行优化设计以及使用ＣＲＣ校验与ＥＣＣ校验结合的双校验方法，提高了ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ接口在传输图像数据的可靠性㊂经试验验证，加入双校验逻辑后，误码率低于一百亿分之一，图像数据传输可靠性显著提升㊂参考文献：［１］㊀杜文略，李红薇，高越．水下试验图像数据采集存储系统的设计与实现［Ｊ］．电子器件，２０１９，４２（３）：７３３－７３９．［２］㊀隋延林，何斌，张立国，等．基于ＦＰＧＡ的超高速ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ图像传输［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２０１７，４７（５）：１６３４－１６４３．［３］㊀邱扬刚，邱琦，赵民伟，等．基于ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ的高速图像采集技术研究与应用［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１８，２６（４）：２３９－２４２．［４］㊀魏淑稳．基于ＦＰＧＡ的ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ图像数据采集装置的研究与实现［Ｄ］．太原：中北大学，２０１９．［５］㊀张维达，崔明，张甫恺．基于异步ＦＩＦＯ的ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ数字图像光纤传输技术［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１６（７）：４７－５０．［６］㊀汝兴海．图像数据高速传输和数据存储的关键技术研究与实现［Ｄ］．太原：中北大学，２０１６．［７］㊀刘源，李庆，梁艳菊．基于ＦＰＧＡ的红外目标自动检测系统［Ｊ］．红外技术，２０１９，４１（６）：５２１－５２６．［８］㊀李辉景，王淑琴，任勇峰，等．基于ＣＲＣ校验的高速长线ＬＶＤＳ传输设计［Ｊ］．电子器件，２０１５，３８（６）：１３４６－１３５１．［９］㊀朱金瑞，王代华，苏尚恩，等．存储式弹载数据记录仪存储可靠性技术研究［Ｊ］．兵器装备工程学报，２０１９，４０（１）：１５９－１６２．［１０］㊀范君健，吴国东，王志军，等．基于ＦＰＧＡ的高精度弹载压力数据采集系统［Ｊ］．兵器装备工程学报，２０１７，３８（９）：１０２－１０７．作者简介：甄国涌（１９７１ ），教授，博士，主要研究领域为动态测试技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｕｏｙｏｎｇ＠ｎｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ丁润琦（１９９６ ），硕士研究生，主要研究领域为动态测试技术，电路与系统㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｒｑｄｒｑ１００００＠１６３．ｃｏｍ（上接第３２页）参考文献：［１］㊀韩增林，李博，陈明宝，等． 海洋经济高质量发展 笔谈［Ｊ］．中国海洋大学学报（社会科学版），２０１９（５）：１３－２１．［２］㊀吴邦春，彭晓彤，周怀阳，等．基于海底观测网的深海化学监测系统的设计［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１１，３２（５）：１１７１－１１７６．［３］㊀丁忠军，任玉刚，张奕，等．深海探测技术研发和展望［Ｊ］．海洋开发与管理，２０１９，３６（４）：７１－７７．［４］㊀张涌萍，杨汝．具有优越陷波选择性和带宽的超宽带缝隙天线［Ｊ］．现代电子技术，２０１４，３７（１５）：８６－８８．［５］㊀魏旭可．基于ＳＴＭ３２单片机的光谱仪数据采集与处理系统［Ｄ］．青岛：中国海洋大学，２０１２．［６］㊀陈作聪．一种用于海洋大数据的低功耗数据采集器设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１８，２６（７）：３０６－３０８．作者简介：刘君（１９９３ ），硕士研究生，主要研究方向为光电探测与控制技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１４３２７０１７１３＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：程凯（１９７４ ），高级工程师，博士，主要研究方向为海洋信息探测与处理㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｋａｉ＠ｏｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。
基于Camera Link的高速图像传输模块及时序优化设计
基于Camera Link的高速图像传输模块及时序优化设计汝兴海;任勇峰;李辉景;王淑琴【摘要】为了解决图像信号源卡与高速图像记录器实际测试过程中出现的误码较多、图像显示效果不佳等问题,给出了系统组成及原理,并在对发送与接收时序及误码出现原因加以细致分析后,提出了时钟相移与降频等方法对发送端的时序进行优化设计;通过实验对比优化前与优化后发送端的波形图以及数据校验结果,证明了优化后的数据传输更加稳定可靠,大大减少了误码的出现,提高了图像数据的准确率与可靠性;因此该优化方法切实有效,并且对其他高速同步数据的发送与接收具有一定的参考价值.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)007【总页数】3页(P2546-2548)【关键词】Camera Link;高速图像传输;时序优化【作者】汝兴海;任勇峰;李辉景;王淑琴【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;电子测试技术重点实验室,太原 030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;电子测试技术重点实验室,太原 030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;电子测试技术重点实验室,太原 030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;电子测试技术重点实验室,太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TN919.82图像的采集与存储设备已经广泛应用于工业生产、医疗卫生、航空航天等领域，因此图像数据的准确性与可靠性对设备有着重大的意义。
图像数据的位数多、速率快，数据量较大，且数据变化时建立时间较长。
同时，在传输通道中，各位信号延迟难以完全相同，变化后不会同时达到稳定，则数据传输就可能出现较多的误码。
本文针对实际传输中出现的问题，优化了图像发送时序，从而将数据中出现的误码加以解决。
1.1 系统组成高速图像记录器用于对某飞行器在飞行过程中采集的图像数据加以存储并实时显示。
为了对高速图像记录器进行测试，研制了图像信号源卡，模拟飞行器上搭载的高速相机。
基于时分复用的Cameralink高清视频光纤传输技术
2010年第10期中文核心期刊基于时分复用的Cameralink 高清视频光纤传输技术Fiber optical transmission ofCameralink high-speed video based on TDMQIAN Ying-qing,PEI Yu-sen,SUN Si-sheng(Department of Technology,Shanghai Institute of Electrical Control,Shanghai 200092,China)Abstract :To overcome the limitation of transmission distance of CameralinkTM,this paper presents a solu-tion of fiber optical long-distance communication.FPGA was used as the main processing chip.The time di-vision multiplex (TDM)and demultiplex of multi-channel signals was realized by hardware describe lan-guage,and a non-compressed digital video optical fiber transmission system was built up.This system was proved to be stable and reliable by the application of a high-speed video processing equipment.Key words :Cameralink;FPGA;TDM千应庆，裴宇森，孙偲晟（上海电控研究所科技部，上海200092）摘要：针对C am er al i nk 高清视频传输距离受到限制的问题，提出一种光纤远距离传输方案。
基于FPGA的多路Cameralink数字图像光纤传输系统
第３４卷 第８期２０１９年８月 液晶与显示 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．８ Ａｇｕ．２０１９ 收稿日期：２０１８－０３－２３；修订日期：２０１９－０４－１２． 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．６１７０５２２５）Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．６１７０５２２５） ＊通信联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｉｊｃ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１００７－２７８０（２０１９）０８－０７８７－０６基于ＦＰＧＡ的多路Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ数字图像光纤传输系统白金成＊（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要：为了满足航空光电吊舱多路Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ数字图像传输的需要，设计了以可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ）作为核心处理器的多路Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ数字图像光纤传输系统。
利用编解码芯片完成了Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ数字图像输入输出的信号转换。
设计了异步ＦＩＦＯ数据缓存模块，解决了像素时钟域与Ａｕｒｏｒａ协议用户时钟域的匹配问题。
采用Ａｕｒｏｒａ ８Ｂ／１０Ｂ协议进行图像数据的编码、转换，结合高性能的波分复用光模块完成多路数字图像的传输。
实验结果表明，数字图像数据传输的误码率低于１０－１２，图像传输效果清晰稳定。
能够应用于多路Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ数字图像的传输。
关 键 词：Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ；光纤；ＦＰＧＡ；异步ＦＩＦＯ；Ａｕｒｏｒａ ８Ｂ／１０Ｂ协议中图分类号：ＴＮ９１１．７３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＹＪＹＸＳ２０１９３４０８．０７８７Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌＣａｍｅｒａｌｉｎｋ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡＢＡＩ Ｊｉｎ－ｃｈｅｎｇ＊（Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ａｅｒｏ－ｎａｕｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｄ，ａ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ（ＦＰＧＡ）ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆＣａｍｅｒａｌｉｎｋ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｄｅｃ ｃｈｉｐ；ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＦＩＦＯｄａｔａ ｂｕｆｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｍｅｒａ ｃｌｏｃｋ ｄｏｍａｉｎ ａｎｄ Ａｕｒｏ－ｒａ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｕｓｅｒ ｃｌｏｃｋ ｄｏｍａｉｎ；ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｉｓ ｅｎｃｏｄｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ａｕｒｏｒａ ８Ｂ／１０Ｂｐｒｏ－ｔｏｃｏｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍ－ａｎｃｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｒａｔｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １０－１２，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｃｌｅａｒ ａｎｄｓｔａｂｌｅ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ；ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ；ＦＰＧＡ；ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＦＩＦＯ；Ａｕｒｏｒａ ８Ｂ／１０Ｂｐｒｏｔｏｃｏｌ１ 引 言 随着无人机行业的快速发展，航空光电吊舱作为机载的重要侦查设备，在目标捕获、跟踪、识别等领域得到了广泛的应用［１］。
基于CameraLink的高速图像采集处理系统设计
基于CameraLink的高速图像采集处理系统设计
黄德天;刘雪超;吴志勇;梁敏华
【期刊名称】《吉林大学学报：工学版》
【年(卷),期】2013(0)S1
【摘要】针对高帧频相机输出的图像数据量大的特点,设计并实现了一种基于CameraLink接口的高速实时图像采集处理系统。
该系统采用FPGA芯片
EP3C55F484完成图像的采集和预处理,高性能的DSP芯片TMS320DM642完成复杂的图像处理运算。
介绍了系统的设计思路、硬件结构和工作流程,并描述了系统各个功能模块的设计方法。
实验结果表明,系统可实时完成500帧/s的图像数据采集和处理任务。
同时,该系统实现了从CameraLink信号到SDI信号视频接口转换功能。
【总页数】4页(P309-312)
【关键词】图像处理;图像采集;实时处理;DSP;FPGA
【作者】黄德天;刘雪超;吴志勇;梁敏华
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;中国科学院研究生院【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
【相关文献】
1.基于CameraLink标准的多路红外图像采集处理系统 [J], 赵昕;祁蒙
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3.基于Cameralink标准的DSP＋FPGA数字图像处理系统设计 [J], 黄志超
4.基于ZYNQ的高速图像采集处理系统设计 [J], 钱成铎;方振国;汪珺;严寒
5.基于ZYNQ的高速图像采集处理系统设计 [J], 钱成铎;方振国;汪珺;严寒
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关于基于GTP的Cameralink图像采集传输系统应用的设计
关于基于GTP的Cameralink图像采集传输系统应用的设计0 引言在星间激光通信系统中，光电捕获、瞄准与跟踪(Acquisition Pointing and Tracking，APT)平台根据光学系统获得的目标图像等数据计算得到的目标空间方位信息，控制光轴精确指向目标是实现星际链路中全双工无线激光可靠通信的基础。
在实际应用中，作为光、机、电一体化的精密动态定位系统，受机械系统定位精度、载体振动、电缆转动约束等多种因素的影响，APT的跟踪精度不可避免地存在较大误差。
对于采用高性能数字相机的小型化精密APT平台，图像数据传输电缆对APT平台转动的非线性扰动变得更为突出，成为影响APT跟踪精度的一个不可忽视的因素。
采用高速串行数据传输技术，减小传输电缆数量与重量，降低对APT转动约束，是实现星间激光高带宽、可靠通信必须解决的问题之一。
Cameralink技术采用并串转换与数据复用技术[1-2]，仅用4 路LVDS差分对，有效解决了各类相机的数据高质量传输问题。
但是，对于小型精密APT平台，Cameralink线缆转动约束仍是制约APT跟踪精度的重要因素之一。
采用FPGA接收Cameralink相机图像数据，并利用吉比特高速收发模块(GTP)实现图像数据并串转换与编码传输[3]，可实现任意窗口大小图像传输。
GTP传输速率在0.6~10 G范围内可灵活配置，单路GTP即可满足现有不同Cameralink相机图像数据传输需求。
采用光纤作为GTP数据传输介质[4]，可进一步减小对APT平台的转动约束。
本文针对星间激光通信具体应用，介绍了基于GTP的 Cameralink图像数据采集与传输方案[5]，对于图像数据采集、接口匹配与并串转换等关键技术的实现进行了详细阐述，并给出了相应试验结果。
1 系统组成星间激光通信光学图像采集与传输系统构成如图1所示。
系统由图像采集发送端和图像接收处理端两部分组成，其中发送端固定于APT平台上，由Cameralink相机、Cameralink接收芯片、FPGA与光模块构成，完成目标图像信号采集与传输；接收端为远程数据处理系统，采用光模块接收串行图像数据，送入FPGA进行图像还原与VGA显示。
基于Camera Link的高速图像采集系统设计
基于Camera Link的高速图像采集系统设计宋海亮;任德均;蒋涛;陈仁金【摘要】Real-time image processing is an important developing direction of machine vision system. To meet the requirement of high-speed real-time image processing, the image acquisition system must achieve rigorous standards. This paper using the FPGA as the hardware platform, combining with embedded NIOS soft-core, design a high-speed image acquisition system based on Camera Link. Simulated the software system by the ModelSim, designed the hardware as modular parts and pass integrated debugging, tested the system actually, and met design requirement.% 实时图像处理系统是机器视觉技术重要发展方向之一，对于高速、大容量图像采集系统要求更为苛刻。
以FPGA为硬件平台，结合嵌入式NIOS软核，设计了一套基于Camera Link的高速图像采集系统。
同时对系统软件进行了仿真，对系统硬件进行了模块化设计与综合调试，对系统上电实际测试，满足设计要求。
【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4页(P11-14)【关键词】Camera Link;FPGA;图像采集;机器视觉【作者】宋海亮;任德均;蒋涛;陈仁金【作者单位】四川大学，四川成都 610065;四川大学，四川成都 610065;中国石油四川石化南充炼油厂，四川南充 637000;四川大学，四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言图像采集系统在实际应用中多呈现为适应一种或多种通信协议的图像采集卡，图像采集卡作为机器视觉系统中关键的一环，是图像采集单元（多为工业数字照相机）与数据处理单元（工业控制计算机或者其他嵌入式处理系统）之间的接口，直接决定了图像数据采集的速度、精度、传输距离等重要参数，从而影响整个机器视觉系统总体性能[1]。
基于GTX串行收发器的高速Cameralink数字图像光纤传输
基于GTX串行收发器的高速Cameralink数字图像光纤传输张甫恺;崔明;张维达【摘要】In order to achieve high-bandwidth real-time Cameralink-Full mode digital image for the purpose of long-distance transmis-sion,the Cameralink digital image optical fiber transmission system based GTX serial transceiver is provided for the shortcomings of current systems.Increase the transmission bandwidth and the suitability of the digital image optical fiber transmission system by using GTX serial transceiver replace encoding and decoding chip to realize the serial data conversion function,time division multiplexing of channels and asyn-chronous FIFO.Experimental results show that,GTX serial transceivers data error rate of 10-12 or less,the transmission bandwidth of the optical fiber transmission system reach 4.19 Gb/s.%针对目前Cameralink数字图像光纤传输系统当中的不足，以实现高带宽的Cameralink-Full模式数字图像实时远距离传输为目的，对基于GTX串行收发器的数字图像光纤传输系统进行了研究；系统采用GTX 串行收发器代替编解码芯片实现数据的串并转换功能，再通过数据通道的时分复用提高GTX串行收发器的传输带宽以及利用异步FIFO数据缓存处理等提高数字图像光纤传输系统的适应性；实验结果表明，GTX串行收发器的数据误码率达到10－12以下，光纤传输系统传输带宽达到4．19 Gb／s。
高速Cameralink视频信号的光纤传输系统设计
了详 细阐述 。用示波 器抓取 发送 端和接收 端高速 串行 信号 的眼 图，结 果 比较 清 晰 ，眼 睛张 开度 大 ，发 送 端 的 Ｑ 因子 为 ２４．４６，满 足 发 送 端 大 于 １２的 要 求 ，接 收 端 Ｑ 因 子 为 ８．１３，满 足 接 收 端 大 于 ６的 要
求 。计算机采 集的 实时画面 ，经过 １０ ｒ ａｉｎ传输 无明显 可视 的像 素噪 点 ，验证 了该 传输 方案 的可行 性
吴 琦 ，薛 海 东 ，刘 召庆 ，殷 洪 波 ，尹 海 林 ，杨 栋
（１．西 安应 用 光 学研 究所 ，陕 西 西 安 ７１００６５；２．北 方 电 子研 究 院 有 限公 司 ，陕 西 西 安 ７１０１００）
摘 要 ：针 对 目前 常用 的 Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ视 频信 号的光 纤传输 方案 系统 结构 过 于复 杂 的 问题 ，提 出一 种
第 ３９卷 第 ２期 ２０１８年 ３月
文 章 编 号 ：１００２—２０８２（２０１８）０２—０２８４—０６
应 用 光 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎ Ｏ．２ Ｍ ａｒ． ２０１８
高 速 Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ视 频 信 号 的光纤 传 输 系统 设 计
和 有 效 性 。
关 键 词 ：Ｃａｍｅｒａｌｉｎｋ信 号 ；光 纤 传 输 ；Ｍ ＡＸ９２４９／Ｍ ＡＸ９２６８；光 收 发 模 块 ；Ｑ 因子
中图 分 类 号 ：ＴＮ２０１８３９．０２０８００１
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍ ｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ Ｃａｍ ｅｒａｌｉｎｋ ｖｉｄｅｏ ｓｉｇｎａｌ
Cameralink光端机方案
随着光电技术的发展，CCD和CMOS工业数字相机已经应用在生产生活的各个领域。
在实际应用中，数字相机拍摄的数字图像需要传输到图像处理计算机或显示终端，数字图像信号的数据量很大，传输速率也很快.以常见的1024x1024大小的16位图像为例，当拍摄帧频为50帧/秒时，需要实时传输的数据量为800Mb/s，这样的数据量给数字图像的传输提出了较高要求。
Cameralink接口是目前工业数字相机的主要图像输出接口之一，该种接口具有实时性好，抗干扰的优点，可满足大部分相机的数据流量要求。
但是Cameralink数据传输格式对线路要求较高，布线困难，且不能进行图像数据的长距离传输。
因此需要远距离传输CameraLink信号，就要在发送端把高清高速的CameraLink图像数据转化为光信号并通过光纤进行长距离传输，在接收端再把光信号转化回CameraLink图像信号给采集设备，这样就能很好地解决高清高速图像的长距离CameraLink连接传输难题。
北京天翼讯通科技有限公司(Wingmax)是一家集研发、生产、销售、售后为一体的双软、双高新企业，经过在专业视听行业多年的积累我们拥有数千个工程安装案例，逐步成为信号传输类的行业领跑者。
随着市场对Cameralink工业相机需求越来越多，为了满足Cameralink长距离传输的要求，天翼讯通(Wingmax)经过多年潜心研究，开发了Cameralink视频光端机，不仅满足了市场需求，还在保证产品性能及质量的前提下，保证了成本上的优势，依照市场上国外产品动辄几万的价格，天翼讯通(Wingmax)Cameralink视频光端机有着绝对的优势。
1、天翼讯通(Wingmax)Cameralink视频光端机产品简介TY-HFL821光端机是一款支持Base, Mediun,Full工作模式的全功能型的Cameralink光端机。
符合Cameralink2.0标准规范,可配置在高性能的数码相机和图像采集器上,用来延长 Cameralink2.0接口的传输距离。
4路光纤转CameraLink传输模块 数据手册
产品编号：16020044路光纤转CameraLink输出传输模块(M-SFPP2CL)数据手册1板卡概述1.1板卡简介M-SFPP2CL是一款4路光纤转CameraLink传输模块，该模块可支持4路SFP+万兆光纤转1路CameraLink Full模式（或2路CameraLink Base模式）图像信号输出，此外，模块还具有1路千兆以太网口，具有1路RS232/RS422/RS485通讯接口，模块板载1组64位DDR3SDRAM，可实现的大容量宽带数据缓存。
模块具有双路指示灯。
模块具有较低功耗。
可广泛应用于长距离视频图像传输等场景。
1.2功能框图图1-1板卡功能框图1.3硬件指标❑板卡主控芯片采用Xilinx的Kintex-7系列FPGA，具体型号为：XC7K160T-2FFG676I。
❑4路万兆光纤网络接口，最大支持10Gbps/lane线速率。
宽温SFP+接口，支持工业级温度范围：-40°~+85°。
❑板载1组64位2GByte DDR3SDRAM内存，可实现800MHz时钟速率的高速数据缓存，理论带宽高达6.4GByte/s，DDR3SDRAM读写效率高达90%。
❑板卡具有1路千兆以太网口。
❑板卡具有1路RS422接口，可灵活配置成RS232或者RS485模式。
❑板卡预留1个子卡接口，可根据需求扩展不同的子卡。
❑板载1片128Mb SPI Flash，用于FPGA的加载。
❑板卡具有4个LED指示灯，前面板出，方便调试和状态显示。
❑板卡具有JTAG调试接口。
❑板卡采用+12V供电。
❑板卡所有芯片均采用工业级温度标准。
1.4功能特性❑CameraLink接口：支持1路CameraLink Full模式或2路CameraLink Base模式输出。
硬件可配置。
CameraLink接口最高支持85MHz时钟频率。
❑4路光纤接口：最高支持10Gbps线速率，支持用户自定义协议。
CameraLink数字视频光纤传输系统的FPGA实现
收稿日期：2012-08-19作者简介：李志强（1980-），男，硕士，助理研究员，主要从事电子学硬件和软件设计方面的研究，E-mail:mybugatti@ 。
长春理工大学学报（自然科学版）Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）第35卷第4期2012年12月Vol.35No.4Dec.2012Camera Link 数字视频光纤传输系统的FPGA 实现李志强，张建华（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所；中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，长春130033）摘要：为解决实时转动的光电平台中高速Camera Link 数字视频信号的传输问题，在光电平台设计中采用了光纤滑环替代传统的导电滑环作为传输介质，为此提出了一种基于FPGA 的Camera Link 接口转光纤信号传输的设计方案。
利用FP-GA 强大的并行处理能力，采用乒乓缓存技术将Camera Link 视频信号编解码并传输，解决了Camera Link 数字视频信号数据量大导电滑环难以实时传输的问题。
试验结果表明，在传输速率120Mb/s 的条件下系统可长时间稳定工作，最高传输速率可达到1.25Gb/s 。
关键词：Camera Link ；光纤传输；FPGA ；乒乓缓存；FIFO 中图分类号：TP394.1；TH691.9文献标识码：A 文章编号：1672-9870（2012）04-0109-04Realization of Camera Link Digital Video FiberTransmission System Based on FPGALI Zhiqiang ，ZHANG Jianhua（Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement ，Changchun Institute of Optics ，Fine Mechanics and Physics ，Chinese Academy of Sciences ，Changchun 130033）Abstract：In order to transmit the high-speed Camera Link digital video signal in the continuous rotate Opto-electronic platform ，we used a fiber-optical rotating connecter instead of the traditional electrical rotating connecter as the transmis-sion medium ，and designed a Camera Link to fiber transmission system based on FPGA.By its strong ability of parallel processing ，it can decode and encode Camera Link digital video by ping-pang operation ，then transmit them.The data of camera link digital video signal is large and the slip ring is difficult to real-time transmisson.But now ，these problems are all resolved by this system in some degree.The result of the examination has proved that the system can work steadily in a long time on the transmit speed of 120Mb/s ，and its top transmit speed can reach 1.25Gb/s.Key words：Camera Link interface ；fiber transmission ；FPGA ；ping-pang cache ；FIFO随着基于数字成像技术的遥感相机和光电设备在视场和分辨率指标要求上的不断提高，所采用的数字CCD 图像数据量急剧增加，同时要将图像传送到上位机实时显示，对传输通道带宽的要求大幅度提高，传统的电传输方式已经很难满足传输速度和传输距离的要求，因此光纤传输技术越来越多地被应于数字图像的传输。
基于Aurora及CameraLink的高速数字图像传输
ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ａｕ ｒ ｏ ｒ ａ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ
肖儿 良，韦荣 明，颜文超 ，王新胜
（ 上海理工大学光电信息与计算机工程学院 ，上海 ２ ０ ￣９ ３ ）
摘
要 ：以光纤 为栽体 ，采 用 Ａ ｕ ｒ ｏ ｒ ａ协 议 ，接 收 远 端 的 高速 红外 视 频 图像解码 、 转换 为 Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ａ Ｌ ｉ ｎ ｋ接 口规 范 的信号格 式 ， 实现 高 帧频 、高分辨 率的 图像数 据 的接 收 、
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｈｉ ｇ ｈ— ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｔ ｔ ｅ ｒ
ＸＩ ＡＯ Ｅｒ — ｌ ｉ ａ ｎ ｇ，Ｗ ＥＩ Ｒｏ ｎ ｇ — ｍｉ ｎ ｇ， ＹＡＮ Ｗｅ ｎ — ｃ ｈ ａ ｏ， Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ０ｐ ｔ ｉ ｃ ｌ－ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｃｈ ｅ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｈａ ｇ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于Camera Link的高速图像采集系统设计
０引 言
图像 采 集 系 统 在 实 际应 用 中 速采 集 生 产 线上 液 态 药 剂 照片 ，进 行 图
像 处 理后 对有 异物 的药 剂进 行剔 除 。该 系统 换代
种 或 多 种 通 信协 议 的 图像 采 集 卡 ，图像 采 集 卡 作 为机 器 视 觉 系统 中关 键 的一 环 ，是 图像 采 集 单 元
输 距 离 等 重要 参 数 ，从 而影 响整 个 机器 视 觉 系 统
设计 的图像采集 系统进行了子系统分立设计 、分 立仿真 、系统集成和系统级仿真 ，并设计生产了
型号 提 出 了更 高 的技 术要 求 ，相 应 的 图像采 集 卡 也进 行 了重 新设 计 。根 据新 的设 计要 求 ，对 本次
（ 多为工业数字照相机 ）与数据处理单元 （ 工业控 制计算 机或 者其他 嵌入式 处理 系统 ）之 间的接 口，直接决定了图像数据采集 的速度 、精度 、传
摘要 ：实时图像处理 系统是 机器视觉技术重要发展方 向之一 ，对于高速 、大容量 图像 采集系统要求更为苛刻 。以Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 为硬件 平 台，结合嵌入 式 Ｎ Ｉ Ｏ Ｓ 软核 ，设计 了一 套基于 Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ａ Ｌ ｉ ｎ ｋ 的高速图像采集系统 。同时对 系统软 件进行 了仿真 ，对系统硬件进 行 了模块化设计与综合调试 ，对系统上 电实际测试 ，满足设计要求 。 关键词 ：Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ａ Ｌ ｉ ｎ ｋ ；Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ；图像采集 ；机器视觉
Ｓ Ｏ Ｎ Ｇ Ｈ ａ ｉ － ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｒ Ｅ Ｎ Ｄ ｅ － ｊ ｕ ｎ ，Ｊ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｔ ａ ｏ ，Ｃ ＨＥ Ｎ Ｒ ｅ ｎ － ｊ ｉ ｎ
（ １ ． Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ６ ５ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
CameraLink数字视频光纤传输系统的FPGA实现
收稿日期：2012-08-19作者简介：李志强（1980-），男，硕士，助理研究员，主要从事电子学硬件和软件设计方面的研究，E-mail:mybugatti@ 。
长春理工大学学报（自然科学版）Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）第35卷第4期2012年12月Vol.35No.4Dec.2012Camera Link 数字视频光纤传输系统的FPGA 实现李志强，张建华（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所；中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，长春130033）摘要：为解决实时转动的光电平台中高速Camera Link 数字视频信号的传输问题，在光电平台设计中采用了光纤滑环替代传统的导电滑环作为传输介质，为此提出了一种基于FPGA 的Camera Link 接口转光纤信号传输的设计方案。
利用FP-GA 强大的并行处理能力，采用乒乓缓存技术将Camera Link 视频信号编解码并传输，解决了Camera Link 数字视频信号数据量大导电滑环难以实时传输的问题。
试验结果表明，在传输速率120Mb/s 的条件下系统可长时间稳定工作，最高传输速率可达到1.25Gb/s 。
关键词：Camera Link ；光纤传输；FPGA ；乒乓缓存；FIFO 中图分类号：TP394.1；TH691.9文献标识码：A 文章编号：1672-9870（2012）04-0109-04Realization of Camera Link Digital Video FiberTransmission System Based on FPGALI Zhiqiang ，ZHANG Jianhua（Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement ，Changchun Institute of Optics ，Fine Mechanics and Physics ，Chinese Academy of Sciences ，Changchun 130033）Abstract：In order to transmit the high-speed Camera Link digital video signal in the continuous rotate Opto-electronic platform ，we used a fiber-optical rotating connecter instead of the traditional electrical rotating connecter as the transmis-sion medium ，and designed a Camera Link to fiber transmission system based on FPGA.By its strong ability of parallel processing ，it can decode and encode Camera Link digital video by ping-pang operation ，then transmit them.The data of camera link digital video signal is large and the slip ring is difficult to real-time transmisson.But now ，these problems are all resolved by this system in some degree.The result of the examination has proved that the system can work steadily in a long time on the transmit speed of 120Mb/s ，and its top transmit speed can reach 1.25Gb/s.Key words：Camera Link interface ；fiber transmission ；FPGA ；ping-pang cache ；FIFO随着基于数字成像技术的遥感相机和光电设备在视场和分辨率指标要求上的不断提高，所采用的数字CCD 图像数据量急剧增加，同时要将图像传送到上位机实时显示，对传输通道带宽的要求大幅度提高，传统的电传输方式已经很难满足传输速度和传输距离的要求，因此光纤传输技术越来越多地被应于数字图像的传输。
高速实时光纤图像传输系统的实现
高速实时光纤图像传输系统的实现孙科林;周维超;吴钦章【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)009【摘要】为提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,设计了利用现场可编程门阵列(FPGA)的Rocket IO IP核,完成了Camera link并行接口与光模块串行接口的相互转换.通过自定义的图像传输协议,搭建了图像传输系统与各个分系统的互联平台,实现了高速图像实时传输至机下进行处理、显示和记录,同时在该光纤通道上复合传输相机控制命令和外同步时序.阐述了系统总体结构思想,发送端和接收端的软、硬件设计,介绍了Rocket IO关键属性、数据包收发状态机、图像传输协议等.实验结果表明,系统工作速率达2.5 Gb/s,传输链路稳定、可靠、无误码,突破了传统光纤传输协议的开源局限,用户可直接使用光纤串行数据信息,减少导电环配线量,具有传输带宽高,图像质量好,抗电磁干扰性能强等优点.系统经过测试验证并已应于到工程项目中.【总页数】8页(P2228-2235)【作者】孙科林;周维超;吴钦章【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;电子科技大学,四川成都610054;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TN919.8【相关文献】1.应用于高速铁路的高速图像传输系统研究 [J], 黄国忠2.片间高速图像传输系统的设计与实现 [J], 任强;姚远程;秦明伟3.基于空基的野外实时图像传输系统的设计与实现 [J], 郭健;周学军;杜金柱;杜磊4.基于光纤通信和PCI ExpreSS总线的高速图像传输系统： [J], 李明伟;刘鹏5.基于FT601的高速实时图像传输系统设计 [J], LU Chao;LIANG Shuo;YAN Shuai;ZHANG Huixin因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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ｅ ｌ ｋ 口光纤传输 系统 的研究 还较少。本文对 ｒｉ 接 ａｎ Ｃ ｅ ｉ 图像数 据光纤传 输系统 进行 了深入研 ｍ ａ ｋ ａ ｒｎ ｌ
究， 并已应用于实际工程 中， 取得了 良好的效果 ， 解
关键词 ：Ｃｍ ｒ ｉ 接 口；光纤 ；光线传输 ａ ｅ ｌｋ ａｎ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｉ ｅ ｒ ｎ ｍ ｉｓｏ ｙ ｔｍｒ ｃ ｍ ｒ ｌｎ
ｉ ｔ ｒａ ｅ ｓａ ｄ ｒ ｎｅ ｆｃ ｔｎ ａ ｄ
（ ． 中国科学院长春光学 精密机械 与物理研究所 ， １ 长春 １０３ ； ３ ０ ３
２ ．中国科 学院研究 生院 ， 北京 １ ０９ ０ ３） ０
摘
要 ：Ｃｍ ｒ ｉ 接 １ 目前工业数字相机的主要图像输 出接 口。但 受传输距 离限制 ，在远程 ａ ｅ ｌｋ ２ ａｎ 是
视频 网络 中，图像数据一般 以光信号传输。针对 Ｃ ｍ ｒ ｉ ａ ｅ ｌｋ接 口相机在光纤网络中应用的这一具 ａｎ 体 问题 ，对 Ｃ ｍ ｒｉ 接 口光纤传输 系统进行 了 究。设计的传输 系统可兼容多种像素时钟的相 ａ ｅ ｌｋ ａｎ 研 机 ，最高传输带宽达到 １９ Ｇ ／ ，可满足 １２ ２ 相机 １０帧／ ．２ ｂｓ ０４ｘ ０４ １ ０ 秒拍摄频率下的数据量要求。
Ｂ ｔ ｕ ｊｃ ｔ ｄｓ ｎ ｅｒｓｉｔ ｎ ｎ ｔｅｒｍｏ ｉｅ ｅ ｏｋ ｈ ｍ ｇ ａ ａ ｓ ｓ ｏ ｅｅａ ｙ ｕ ｂｅｔ ｏ ｉａ ｃ ｅｔｃｉ ｓｉ ｅ ｔ ｖｄｏｎ ｔ ｒ ，ｔｅｉ ａｅｄ ｔ ｔ ｎｍｉ ｉ ｇｎ ｒ ｌ ｓ ｔ ｒ ｏ ｈ ｅ ｗ ａｒ ｓｎ ｌ
Ｃ ｅａｎ ｍ ｌ ａ ｒ ｉｋ接 口是 目前 工 业数 字 相机 的主要 图
兴通信技术 ， 适于远距离传输 ， 采用光介质传输数据
已经是当前通信技 术发展的潮 流， 虽然 目前 Ｒ ｓ一 ２２ Ｒ ３ 、 Ｓ一４２ 百 兆 网 甚 至千 兆 网 的接 口光 纤 收 发 ２、 器均已商业化 ， 由于 Ｃｍ ｒ ｉ 接 口出现相对较 但 ａｅ ｎ ｌ ａ ｋ 晚， 并且 专 门针 对工 业 相 机 ， 以 目前 国 内对 Ｃ — 所 ｍ ａ
０ 引 言
随着光电技术的发展 ，Ｃ Ｃ Ｄ和 Ｃ Ｏ Ｍ Ｓ工业数字 相机已经应用在生产生活的各个领域。在实际应用 中， 数字相机拍摄的数字图像需要传输到 图像处理 计算机或显示终端 ， 数字图像信号的数据量很大 ， 传 输速率也很快。以常见的 １２ １２ ０４× ０４大小 的 １ 位 ６ 图像为例 ， 当拍摄帧频为 ５ Ｏ帧／ 秒时， 需要实时传输 的数据量为 ８０ ｂｓ ０ Ｍ ／ 。这样的数据量给数字 图像 的 传输提出了较高要求。
Ｕ ｅ ｂ ｒ Ｃａ ｅ ａｉ ｋ ｉｔ ｒ ｃ ｐ ｉ ａ ｆ ｅ ａ ｓ ｓｉｎ ｓ ｓｅ ｗａ ｔ ｄｅ ｏ ａ ｅａ ａ ｐ ｉａｉｎ ｉ Ｓ Ｓ ｆ ｅ ． ｍ ｒ ｌ ｎ ｅ ａ ｅ ｏ ｔ ｌｉ ｒ ｔ ｍｉ ｏ ｙ ｔｍ ｓ ｓ ｉｄ ｆ ｒｃ ｉ ｎ ｆ ｃ ｂ ｒ ｎ ｓ ｕ ｍ ｒ ｐ ｌ ｔ ｎ ｃ ｏ ｈ ａ ｅ ． ｈ ｓ ｓｅ ｔｅ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｙ ｔｍ ｄ ｓ ｎ ｓ ｏ ａｉ ｌ ｗ ｔ ａ ｖ ｒ ｔ ｏ ａ ｅ ａ ｐ ｘ ｌ ｌ ｃ ．Ｔ ｅ ｅ ｉ ｉ ｇ ｃ ｍｐ ｔ ｅ ｉ ｂ ｈ ａｉ ｙ ｆ ｃ ｅ ｍ ｒ ｉｅ ｃｏ ｋ ｈ ｍａ ｉ ｍ ｘ ｍｕ ｒｎ ｍｉｓｏ ａ ｗ ｄ ｉ ． ２ ｂ ｓ ｏ ｍｅ ｔｔ ａａ ｒ ｃ ｒ ｉ ｇ ｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｑ ｉ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｂ ｄ ｉ ｔ ｓ １ ９ Ｇ ／ ．ｔ ｅ ｅ ｄ ｔ ｅ ｏ ｄ ｎ ￣ ｑ ｅ ｅ ｅ ｕｒ ｍｅ ｔ ｆｔ ｅ １ ２ × ｎ ｈ ｈ ｅ ｎｓｏ ０ ４ ｈ １ ２ ａ ｅａ ａ ｄ １ ０ ｆ ｍｅ ／ ． Ｏ ４ｃ ｍ ｒ ｎ ０ ｒ ａ ｓｓ Ｋｅ ｒ ｓ Ｃ ｅ ａｉ ｋ ｉ ｅ ；ｆ ｅ ａ ｓ ｓ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｒ ｌ ；ｆ ｒ ｉ ｒ ｔ ｎ ｍｉｓｏ ｍ ｎ ｂ ｂ ｒ
２ １ 年第 Ｏ ０１ １期
中图分类号 ： Ｎ ２ ．１ Ｔ ９９ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９— ５２ ２ １ ）０一ＯＯ ｏ １０ ２ ５ （ ０ １ １ Ｏ９一 ４
高速 Ｃ ｍ ｒ ｉｋ图像 数 据 光 纤传 输 系统 设计 ａｅｌ ａｎ
何 家维 ，何 昕 ，魏仲 慧
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