基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统及相关设备

摘要

本发明提供的基于PCI‑E采集卡的图像传输与存储系统及多媒体设备，通过自定义数据帧格式、采用FPGA硬件编程、兼有错误数据处理机制，而且不过多的涉及操作系统的介入，提高了实时性的同时还提高了整个系统的稳定性和系统的兼容性，并且通过使用光纤传输与以太网UDP传输协议相结合的方式实现图像数据的存储，在提高传输带宽的同时还有数据错误处理机制保证了数据存储的正确性，奠定了后续图像数据的播放和处理的基础。

说明书

技术领域

本发明涉及多媒体技术领域，特别涉及一种基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统及多媒体娱乐设备。

背景技术

科技日益发展，图像传输速率越发提高，医疗、军工以及娱乐等领域对于图像存储的实时性有了更高的要求：医疗和军工领域当中,图像源的数据存入硬盘的这一过程中通信距离增加，但是对于图像的正确存储以及系统运行的稳定性的要求丝毫没有降低，图像数据的处理都是基于数据正确存储基础之上但又要求传输带宽。同时几乎所有领域都要求系统快速搭建并且对于成本越发敏感。图像存储、图像读取到主机端用于播放和数据处理，这些过程以数据正确存储为基础，这更是对与图像存储时数据的正确性有更高要求“宁缺毋滥”：不能因为通信距离增加、数据传输中出现错误而使得硬盘存储错误的图像数据，更不能因为软件操作系统不稳定而使得整个系统的稳定性下降。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统及多媒体娱乐设备，提高传输带宽的同时还有数据错误处理机制保证了数据存储的正确性，奠定了后续图像数据的播放和处理的基础。

第一方面，本发明提供一种基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统，所述系统包括图像数据源、数据转接板、PCI-E采集卡以及存储设备，所述PCI-E采集卡具有第一光纤接口、SATA接口、缓存器、FPGA以及PCI-E接口，所述数据转接板具有可与所述第一光纤接口连接的第二光纤接口、与所述图像数据源电连接的电接口，所述存储设备与所述SATA接口电连接，当系统处于图像存储模式时，所述图像数据源通过所述电接口将图像数据按照预设规则发送至所述数据转接板，所述数据转接板根据预设传输协议将所述图像数据进行打包生成数据包，所述数据包中具有CRC校验位，所述数据转接板通过所述第二光纤接口向所述第一光纤接口发送所述数据包，所述FPGA对所述数据包中的图像数据进行CRC校验，当校验通过则将所述图像数据存入所述缓存器，在所述缓存器中的图像数据形成一帧图像后，将所述一帧图像通过所述SATA接口写入所述存储设备。

作为一种可选的方案，当CRC校验不通过时，所述FPGA将所述图像数据存入所述缓存器，并在下帧图像数据到来时将所述图像数据覆盖，当下帧图像的每一个下帧图像数据均CRC校验通过则将下帧图像的图像数据存储至存储设备。

作为一种可选的方案，所述预设规则为所述图像数据源将图像数据按行进行发送。

作为一种可选的方案，所述预设传输协议采用以太网UDP传输协议，所述数据包采用UDP数据包。

作为一种可选的方案，所述UDP数据包的格式依次包括前导码、目标MAC地址、源MAC地址、IP类型、IP包包头、UDP图像数据段以及CRC校验位。

作为一种可选的方案，所述UDP图像数据段包括当前行图像数据、当前行图像数据的帧号以及当前行图像数据的行号。

作为一种可选的方案，还包括上位机，所述上位机通过所述PCI-E接口与所述PCI-E采集卡电连接，当进行图像播放时，所述FPGA通过所述SATA接口将图像数据从所述存储设备中的缓存到所述缓存器，在所述缓存器中图像数据构成一帧图像后将所述一帧图像经由所述PCI-E接口向所述上位机发送。

作为一种可选的方案，所述上位机具有所述PCI-E采集卡的驱动程序以及上位机软件。

作为一种可选的方案，所述存储设备为机械硬盘、固态硬盘或闪存卡。

第二方面，本发明提供一种多媒体娱乐设备，包括如上述的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统及多媒体设备，通过自定义数据帧格式、采用FPGA硬件编程、兼有错误数据处理机制，而且不过多的涉及操作系统的介入，提高了实时性的同时还提高了整个系统的稳定性和系统的兼容性，并且通过使用光纤传输与以太网UDP传输协议相结合的方式实现图像数据的存储，在提高传输带宽的同时还有数据错误处理机制保证了数据存储的正确性，奠定了后续图像数据的播放和处理的基础。

附图说明

图1是本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统的一种实施例的系统结构图；

图2是本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统的一种实施例中PCI-E采集卡的结构图；

图3是本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统的一种实施例中UDP数据包格式的示意图；

图4是本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统的一种实施例中图像存储模式下图像数据去向的示意图；

图5是本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统的一种实施例中图像播放模式下图像数据去向的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1、2和4所示，本发明提供一种基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统，所述系统包括图像数据源、数据转接板、PCI-E采集卡以及存储设备，所述PCI-E采集卡具有第一光纤接口、SATA接口、缓存器、FPGA以及PCI-E接口，所述数据转接板具有可与所述第一光纤接口连接的第二光纤接口、与所述图像数据源电连接的电接口，所述存储设备与所述SATA接口电连接，当系统处于图像存储模式时，所述图像数据源通过所述电接口将图像数据按照预设规则发送至所述数据转接板，所述数据转接板根据预设传输协议将所述图像数据进行打包生成数据包，所述数据包中具有CRC校验位，所述数据转接板通过所述第二光纤接口向所述第一光纤接口发送所述数据包，所述FPGA对所述数据包中的图像数据进行CRC校验，当校验通过则将所述图像数据存入所述缓存器，在所述缓存器中的图像数据形成一帧图像后，将所述一帧图像通过所述SATA接口写入所述存储设备当CRC校验不通过时，所述FPGA将所述图像数据存入所述缓存器，并在下帧图像数据到来时将所述图像数据覆盖，当下帧图像的每一个下帧图像数据均CRC校验通过则将下帧图像的图像数据存储至存储设备。

用PCI-E采集卡作为核心部件即可将主机端、数据源和硬盘各个配置项连接起来，系统的硬件复杂度低、搭建迅速、成本低，互换性强。PCI-E采集卡使用FPGA硬件编程实现功能，不存在传统处理器共享内存带来的处理速度低下的弊端，同时也不存在传统处理器因“一条一条语句执行程序”带来的低实时性的问题。

PCI-E采集卡的功能由FPGA实现，PCI-E采集卡上的SATA接口对硬盘进行读写，光纤接口与数据转接板连接用于接收数据源的图像数据，PCI-E接口用于与计算机主机进行数据交互。

数据转接板通过电接口来接收图像源发来的图像数据，然后通过光纤接口将图像数据发给采集卡，增加通信距离和带宽。

存储设备用于数据存储并通过SATA接口与PCI-E采集卡进行数据交互，本实施例中，存储设备可以为机械硬盘、固态硬盘或闪存卡。

预设规则为所述图像数据源将图像数据按行进行发送，具体地，图像数据源通过电缆和电接口将一行一行的图像数据发送给数据转接板，根据图像传输的时序规则，图像数据源源发送一行图像数据之后会再过一段时间发送下一行图像数据，这段时间间隔被称为“行间隔”，图像数据源可以采用相机，对此不作限定。

结合图3所示，预设传输协议采用以太网UDP传输协议，所述数据包采用UDP数据包，数据转接板根据以太网UDP传输协议，将一行图像数据进行“打包”成为UDP数据包，UDP数据包的格式依次包括前导码、目标MAC地址、源MAC地址、IP类型、IP包包头、UDP图像数据段以及CRC校验位，CRC校验位用于后面设备校验这行图像数据传输是否正确，所述UDP图像数据段包括当前行图像数据、当前行图像数据的帧号以及当前行图像数据的行号，UDP数据包内包裹的内容有这行图像数据的“帧号”，标识这行图像数据是属于第几帧的图像数据，DP数据包内包裹的内容有这行图像数据的“行号”，标识这行图像数据在这一帧图像的第几行，若干行图像数据组成一帧图像。

数据转接板将数据“打包”之后，通过光纤接口将图像数据发送给PCI-E采集卡，光纤传输作为一种传输介质和传输方式存在，从而提高传输带宽和传输距离。

PCI-E采集卡上的FPGA处理通过光纤传来的数据，并使用CRC校验来对数据进行校验：

(a)若传送来的该行图像数据通过CRC校验，则PCI-E采集卡上的FPGA将该行图像数据存入采集卡的缓存，在缓存内形成一帧数据之后，采集卡上的FPGA再将一帧数据通过SATA接口将图像写入硬盘进行存储；

(b)若这一帧当中某行数据未通过CRC校验，那么FPGA虽然将这一帧图像数据存入PCI-E采集卡的缓存器但并不将这帧的图像写入硬盘，当下帧的图像数据到来时，在PCI-E采集卡的缓存器内将上帧图像数据覆盖掉。如果下帧图像的每行数据都通过CRC校验则将下一帧的图像数据写入硬盘。

结合图5所示，本发明还涉及到图片播放模式，还包括上位机，上位机通过所述PCI-E接口与所述PCI-E采集卡电连接，当进行图像播放时，所述FPGA通过所述SATA接口将图像数据从所述存储设备中的缓存到所述缓存器，在所述缓存器中图像数据构成一帧图像后将所述一帧图像经由所述PCI-E接口向所述上位机发送。

上位机可以采用计算机，上位机具有所述PCI-E采集卡的驱动程序以及上位机软件，通过驱动程序来驱动PCI-E采集卡的运行，上位机软件可以用来播放PCI-E采集卡传输来的图像数据，如播放器软件等，对此不作限定。

本发明提供的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统，通过自定义数据帧格式、采用FPGA硬件编程、兼有错误数据处理机制，而且不过多的涉及操作系统的介入，提高了实时性的同时还提高了整个系统的稳定性和系统的兼容性，并且通过使用光纤传输与以太网UDP传输协议相结合的方式实现图像数据的存储，在提高传输带宽的同时还有数据错误处理机制保证了数据存储的正确性，奠定了后续图像数据的播放和处理的基础。

相应地，本发明提供一种多媒体娱乐设备，包括如上述的基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统，除了适用在多媒体设备上，还可以适用在对图像数据正确敏感的医疗领域或图像高帧频的军工领域，具有系统兼容性强、高稳定性、高带宽、错误处理机制以及正确存储、各个部件互换性强、系统快速搭建、低成本的特点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种基于PCI-E采集卡的图像传输与存储系统及多媒体娱乐设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。