CameraLink转接板

Camera Link接口数字相机图像显示装置（技术）摘要:由于目前基于CameraLink接口的各种相机都不能直接显示,因此本文基于Xilinx公司的Spartan3系列FPGA XC3S1000-6FG456I设计了一套实时显示系统,该系统可以在不通过系统机的情况下,完成对相机CameraLink信号的接收、缓存、读取并显示。

系统采用两片SDRAM作为帧缓存,将输入的CameraLink信号转换成帧频为75Hz,分辨率为1,024×768的XGA格式信号,并采用ADV7123JST芯片实现数模转换,将芯片输出的信号送到VGA接口,通过VGA显示器显示出来。

设计的系统可以应用于各种基于CameraLink接口的相机输出信号的实时显示。

关键词:CameraLink; FPGA; SDRAM控制器;实时显示Research on the Real-time Display Technology Based on CameraLinkAbstract: All cameras based on the CameraLink interface cannot be displayed directly at present. Therefore, we designed a real-time display system based on the Xilinx Spartan3 FPGA XC3S1000-6FG456I.Our system could receive, store, read and display the CameraLink signal without the system computer. Two SDRAMs were used as frame storage. Input CameraLink signal was converted to XGA signal with 1024×768 pixles/frame at 75 frame/s. The ADV7123JST was used as D/A convertor. Its output signal was transmitted to the VGA interface and displayed on the screen of the VGA monitor. Our system could display the output signal of all cameras based on the CameraLink interface.Keywords: CameraLink; FPGA; SDRAM controller; real-time display目录第一章绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2数字图像处理的发展 (3)1.3 目的及意义 (4)1.4 国内外研究现状 (5)第2章视频显示原理和显示格式的转换算法综述 (7)2.1视频显示的原理 (7)2.2目前视频显示格式转换算法综述 (8)2.2.1图像尺寸变换的插值方法综述 (9)2.2.2每秒帧数变换方法综述 (11)2.2.3插值算法选择判断的原则 (11)第三章视频显示格式转换的插值算法方案 (12)3.1图像尺寸变换采用的算法方案 (12)3.2每秒帧数变换采用的算法方案 (14)3.3视频显示格式转换中的像素处理方案 (16)第四章实时显示系统装置 (17)4.1．实时显示系统总体设计 (18)4.2 FPGA概述 (18)4.3 Camera Link结构与原理 (20)4.4 SDRAM控制器设计 (22)4.5 VGA显示接口设计 (24)参考文献 (25)第一章绪论1.1 引言Cameralink相机以其可靠性高，稳定性好，独立性好和易用等优势，成为现阶段工业大分辨率数字相机的必配接口，相机LVDS信号由专业图像采集卡解码通过一台性能良好的计算机计算最后在计算机显示器上完成图像显示或在计算机硬盘上存储等后续数字图像处理操作。

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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810215519.X(22)申请日 2018.03.15(66)本国优先权数据201810186505.X 2018.03.07 CN(71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究所地址 710119 陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人 闫鹏　孔亮　李立波　温志刚　刘永征　胡炳樑　魏文鹏　刘文龙　张昕　刘宏　(74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限公司 61211代理人 杨引雪(51)Int.Cl.G06F 13/38(2006.01)G06F 13/40(2006.01)(54)发明名称一种TLK2711传输接口与Camera-Link传输接口的转换电路(57)摘要本发明提供一种T L K 2711传输接口与Camera-Link传输接口的转换电路，包括数据串行输入单元、FPGA单元及数据输出单元；数据串行输入单元包括对外连接器及至少一片TLK2711接收芯片；FPGA单元包括与TLK2711接收芯片一一对应的处理单元，处理单元包括输入逻辑单元、FIFO及输出逻辑单元；数据输出单元包括与TLK2711接收芯片一一对应的Camera-Link发送芯片及Camera-Link接口；TLK2711接收芯片与对外连接器串联；输入逻辑单元的输入端与TLK2711接收芯片的输出端连接；FIFO的输入端与输入逻辑单元的输出端连接；输出逻辑单元的输入端与FIFO的输出端连接，输出逻辑单元的输出端与Camera-Link发送芯片的输入端连接，Camera-Link接口与Camera-Link发送芯片串联。

本发明解决了TLK2711数据传输接口向Camera-Link标准图像传输接口转换的实际应用问题。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 108319560 A 2018.07.24C N 108319560A1.一种TLK2711传输接口与Camera -Link传输接口的转换电路，其特征在于：包括数据串行输入单元、FPGA单元及数据输出单元；所述数据串行输入单元包括对外连接器及至少一片TLK2711接收芯片；所述FPGA单元包括与TLK2711接收芯片一一对应的处理单元，所述处理单元包括输入逻辑单元、FIFO及输出逻辑单元；所述数据输出单元包括与TLK2711接收芯片一一对应的Camera -Link发送芯片及Camera -Link接口；所述TLK2711接收芯片与对外连接器串联；所述输入逻辑单元的输入端与TLK2711接收芯片的输出端连接，将传输的数据转化为以像素为单元的数据形式；所述FIFO的输入端与输入逻辑单元的输出端连接，按像素进行数据缓存；所述输出逻辑单元的输入端与FIFO的输出端连接，输出逻辑单元的输出端与Camera -Link发送芯片的输入端连接，输出逻辑单元将数据按照实际图像的大小和量化位数，产生行同步、帧同步、数据有效信号及数据并按Camera -Link数据传输协议发送给Camera -Link 发送芯片；所述Camera -Link接口与Camera -Link发送芯片串联。

CameraLink 图像采集接口电路1．Camera Link标准概述Camera Link 技术标准是基于 National Semiconductor 公司的 Channel Link 标准发展而来的，而 Channel Link 标准是一种多路并行 LVDS 传输接口标准。

低压差分信号（ LVDS ）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在 350mV 左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在 1.923Gbps 。

90 年代美国国家半导体公司（ National Semiconductor ）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于 LVDS 物理层平台的 Channel Link 技术。

此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。

如图1 所示， Channel Link 由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达 2.38G 。

数据发送器含有 28 位的单端并行信号和 1 个单端时钟信号，将 28 位 CMOS/TTL 信号串行化处理后分成 4 路 LVDS 数据流，其 4 路串行数据流和 1 路发送 LVDS 时钟流在 5 路 LVDS 差分对中传输。

接收器接收从 4 路 LVDS 数据流和 1 路 LVDS 时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成 28 位的 CMOS/TTL 并行数据和与其相对应的同步时钟信号。

图1 camera link接口电路2．Channel Link标准的端口和端口分配2.1 ．端口定义一个端口定义为一个 8 位的字，在这个 8 位的字中，最低的 1 位（ LSB ）是 bit0 ，最高的 1 位（ MSB ）是 bit7 。

Camera Link 标准使用 8 个端口，即端口 A 至端口 H 。

2.2 ．端口分配在基本配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到唯一的 Camera Link 驱动器 / 接收器对上；在中级配置模式中，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上；在完整配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到第一个驱动器 / 接收器对上，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上，端口 G 和 H 被分配到第三个驱动器 / 接收器对上（见图2 ）。

CameraLink接口1.CameraLink接口简介1.1CameraLink标准概述Camera Link 技术标准是基于 National Semiconductor 公司的 Channel Link 标准发展而来的，而 Channel Link 标准是一种多路并行 LVDS 传输接口标准。

低压差分信号（ LVDS ）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在 350mV 左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在 1.923Gbps 。

90 年代美国国家半导体公司（ National Semiconductor ）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于 LVDS 物理层平台的 Channel Link 技术。

此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。

如图1.1所示， Channel Link 由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达 2.38G 。

数据发送器含有 28 位的单端并行信号和 1 个单端时钟信号，将 28 位 CMOS/TTL 信号串行化处理后分成 4 路 LVDS 数据流，其 4 路串行数据流和 1 路发送 LVDS 时钟流在 5 路 LVDS 差分对中传输。

接收器接收从 4 路 LVDS 数据流和 1 路 LVDS 时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成 28 位的 CMOS/TTL 并行数据和与其相对应的同步时钟信号。

图1.1 camera link接口电路1.2CameraLink端口和端口分配1.2.1端口分配在基本配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到唯一的 Camera Link 驱动器 / 接收器对上；在中级配置模式中，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上；在完整配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到第一个驱动器 / 接收器对上，端口 D 、 E 和F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上，端口 G 和 H 被分配到第三个驱动器 / 接收器对上。

CameraLink接口
1.CameraLink接口简介
1.1CameraLink标准概述
CameraLink技术标准是基于NationalSemiconductor公司的ChannelLink标准发展而来的，而ChannelLink标准是一种多路并行LVDS传输接口标准。

低压差分信号（LVDS）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在350mV左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在1.923Gbps。

90年代美国国家半导体公司（NationalSemiconductor）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于LVDS物理层平台的
如图
位
5路LVDS
恢复成
A、B 和C
口G和芯
E和H，
那么
H的8
从
中读取处FPGA DDR 包括2RAM 另外，
子模块来完成位宽的转换。

2.4modelsim仿真结果
图2.4modelsim仿真结果
如图2.4，被测FPGA每来一个行同步，CameraLink模块获取行地址后读取DDR2中的数据写入缓存模块，等到下一个行同步来的时候把所读的数据从缓存模块中输出。

实际要求的是每个行同步来后要读取一行数据，大小为2048x12bit，为了缩小仿真时间，仿真时没一行的数据长度为：80x12bit。

图2.5五路CameraLink仿真输出
如图2.5，当下个行同步来的时候缓存数据输出，输出的数据时连续的。

CameraLink 图像采集接口电路1．Camera Link标准概述Camera Link 技术标准是基于 National Semiconductor 公司的 Channel Link 标准发展而来的，而 Channel Link 标准是一种多路并行 LVDS 传输接口标准。

低压差分信号（ LVDS ）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在 350mV 左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在 1.923Gbps 。

90 年代美国国家半导体公司（ National Semiconductor ）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于 LVDS 物理层平台的 Channel Link 技术。

此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。

如图1 所示， Channel Link 由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达 2.38G 。

数据发送器含有 28 位的单端并行信号和 1 个单端时钟信号，将 28 位 CMOS/TTL 信号串行化处理后分成 4 路 LVDS 数据流，其 4 路串行数据流和 1 路发送 LVDS 时钟流在 5 路 LVDS 差分对中传输。

接收器接收从 4 路 LVDS 数据流和 1 路 LVDS 时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成 28 位的 CMOS/TTL 并行数据和与其相对应的同步时钟信号。

图1 camera link接口电路2．Channel Link标准的端口和端口分配2.1 ．端口定义一个端口定义为一个 8 位的字，在这个 8 位的字中，最低的 1 位（ LSB ）是 bit0 ，最高的 1 位（ MSB ）是 bit7 。

Camera Link 标准使用 8 个端口，即端口 A 至端口 H 。

2.2 ．端口分配在基本配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到唯一的 Camera Link 驱动器 / 接收器对上；在中级配置模式中，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上；在完整配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到第一个驱动器 / 接收器对上，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上，端口 G 和 H 被分配到第三个驱动器 / 接收器对上（见图2 ）。

CameraLink 图像采集接口电路1．Camera Link标准概述Camera Link 技术标准是基于 National Semiconductor 公司的 Channel Link 标准发展而来的，而 Channel Link 标准是一种多路并行 LVDS 传输接口标准。

低压差分信号（ LVDS ）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在 350mV 左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在 1.923Gbps 。

90 年代美国国家半导体公司（ National Semiconductor ）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于 LVDS 物理层平台的 Channel Link 技术。

此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。

如图1 所示， Channel Link 由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达 2.38G 。

数据发送器含有 28 位的单端并行信号和 1 个单端时钟信号，将 28 位 CMOS/TTL 信号串行化处理后分成 4 路 LVDS 数据流，其 4 路串行数据流和 1 路发送 LVDS 时钟流在 5 路 LVDS 差分对中传输。

接收器接收从 4 路 LVDS 数据流和 1 路 LVDS 时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成 28 位的 CMOS/TTL 并行数据和与其相对应的同步时钟信号。

图1 camera link接口电路2．Channel Link标准的端口和端口分配2.1 ．端口定义一个端口定义为一个 8 位的字，在这个 8 位的字中，最低的 1 位（ LSB ）是 bit0 ，最高的 1 位（ MSB ）是 bit7 。

Camera Link 标准使用 8 个端口，即端口 A 至端口 H 。

2.2 ．端口分配在基本配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到唯一的 Camera Link 驱动器 / 接收器对上；在中级配置模式中，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上；在完整配置模式中，端口 A 、 B 和 C 被分配到第一个驱动器 / 接收器对上，端口 D 、 E 和 F 被分配到第二个驱动器 / 接收器对上，端口 G 和 H 被分配到第三个驱动器 / 接收器对上（见图2 ）。

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。

同步系统工作原理同步系统工作原理 (1)第一节：问题的提出 (1)第二节：同步盒的工作原理 (2)2.1如何跟踪 (2)2.2如何实现多产品跟踪 (3)第三节：同步系统框架 (3)第四节：具体实现方法 (4)4.1相机和采集卡介绍 (4)4.2同步盒具体实现 (5)第五节：技术要点 (6)第一节：问题的提出在印刷品表面检测领域，产品（被检测的纸张）在走过吸风皮带的过程中被相机拍照，相机所拍的图像经处理后计算出好坏品信息。

当产品走到翻板处时，如果是坏品，将翻板打开，坏品落下，进入到坏品仓；如果是好品保持翻板不动作，产品正常走过去进入到好品仓。

第一个问题：相机拍照后的图像是如何进行处理的？答：相机拍照后的图像是通过线缆传输到IPU（image process unit），由IPU处来处理的。

一般来说一个IPU就是一台工控机。

第二个问题：从上图可以看到一共用了三个相机，就是说需要有三个IPU来处理数据，对应于三台工控机，那这三台工控机是由谁来决定产品好坏呢?答：三个相机分别用不同的角度来拍摄产品，用来检测产品的不同方面，只要有一个IPU检测出图像是坏品，这张产品就是坏品。

这三个IPU在处理完图像以后，要将处理结果汇总到ICW（Image Control Workstation），由ICW来决定这张产品的好坏。

ICW有时候是一台单独的工控机，有时候是一台IPU所占用工控机上的一个进程。

第三个问题：既然用ICW来决定产品的好坏的，那是不是由ICW来控制翻板打开呢?答：ICW只是用来对产品的信息进行综合的，它不知道产品是不是走到了剔废口。

第四个问题：那谁知道产品的准确位置信息呢？答：系统设计了一个叫做同步盒的设备，用来对产品的位置进行跟踪。

在皮带高速转动的过程中，同步盒实时记录吸风皮带上每一个产品的具体位置。

当产品走到相机正下方时，控制相机对图像进行拍照，当产品走到剔废口时，如果是坏品，将产品剔下去。

第二节：同步盒的工作原理上节讲到了，同步盒是用来实时记录产品的具体位置的，也就是说用来跟踪产品的，那这个跟踪功能是如何实现的呢?2.1如何跟踪借助了两样东西，定位传感器和增量式旋转编码器。