專利名稱：多路高速短消隱期線陣ccd圖像數(shù)據(jù)的存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CCD相機圖像數(shù)據(jù)存儲的方法，具體涉及一種多路高速(數(shù)傳時鐘超過100MHz)短消隱期線陣CCD相機的圖像數(shù)據(jù)存儲方法。
背景技術(shù)：
在高分辨率航空航天遙感應(yīng)用中，線陣CCD相機的視場和分辨率指標不斷提高， 所采用的CCD輸出路數(shù)、拼接片數(shù)和單路讀出速率也在不斷提高，從而使數(shù)字化后的圖像數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)傳輸速率急劇增加，圖像采集存儲困難。現(xiàn)有的高速圖像采集卡通常不具備多通道采集功能，多通道圖像采集卡價格昂貴且容易導致系統(tǒng)傳輸電纜增多，體積龐大。SDRAM存儲器讀寫速度快，容量大，且成本低，在數(shù)據(jù)緩存領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用， 現(xiàn)今多數(shù)航空航天遙感線陣CXD相機輸出的圖像數(shù)據(jù)位數(shù)高于8而低于16且為偶數(shù)，通常采用位寬為16bit的SDRAM存儲器來緩存數(shù)據(jù)。由于SDRAM在讀寫操作時還需預(yù)沖、激活及定時刷新等操作增加了讀寫開銷，在短消隱期的線陣CCD應(yīng)用中，需進一步提高SDRAM的讀寫時鐘頻率；讀寫時鐘頻率的提高，不僅增加了系統(tǒng)功耗，而且對電磁兼容性設(shè)計也提出了苛刻的要求；在高速(數(shù)傳時鐘超過100MHz)情況下進行圖像數(shù)據(jù)位數(shù)的轉(zhuǎn)換也是個難題， 采用一個高頻同步時鐘來實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換的方法將會使系統(tǒng)工作頻率急劇升高，使系統(tǒng)的功耗大大增加且現(xiàn)有器件難以實現(xiàn)其高速的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有高分辨率高速(數(shù)傳時鐘超過100MHz)航空航天遙感相機圖像數(shù)據(jù)存儲困難問題，提供一種多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法。多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、將多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)并行緩存至SDRAM陣列；步驟一一、將多路圖像數(shù)據(jù)同時傳送至多個外部接口電路；所述圖像數(shù)據(jù)的位寬為nbit，時鐘頻率為fin ；每路圖像數(shù)據(jù)中每行輸入的有效圖像數(shù)據(jù)的個數(shù)為nvalid，在每路圖像數(shù)據(jù)的每行的最末添加nvalid—_al-nvalid個無效數(shù)據(jù)，每行有效圖像數(shù)據(jù)個數(shù)與無
效數(shù)據(jù)個數(shù)的總和為 valid_equal ；所述 valid_equal 為如的整數(shù)倍，并且 valid_equal 取值范圍在
^^￡《^^^<^^￡ + 4〃之間，將經(jīng)多個外部接口電路的多路圖像數(shù)據(jù)傳送至 16 16 16
多個串并轉(zhuǎn)換器進行串并轉(zhuǎn)換，然后將每行中8個圖像數(shù)據(jù)作為一組，則圖像數(shù)據(jù)變?yōu)槲?br> 寬為8nbit，時鐘頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號；步驟一二、將步驟一一所述的位寬為8nbit，時鐘頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)異步FIFO后，圖像數(shù)據(jù)的時鐘頻率為2fSDKAM/n ；然后將所述位寬為8nbit，時鐘頻率為 2fSDEAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，獲得位寬為16bit，時鐘頻率為fs_的圖像數(shù)據(jù)信號；步驟一三、將時鐘頻率為fSDKAM的每路圖像數(shù)據(jù)經(jīng)串并轉(zhuǎn)換器后并行緩存至SDRAM存儲器陣列中；步驟二、將步驟一所述的緩存至SDRAM存儲器陣列中的每路圖像數(shù)據(jù)逐路經(jīng)圖像采集卡采集后存儲到主機硬盤；步驟二一、將SDRAM存儲器陣列中的位寬16bit、時鐘頻率為fSDEAM的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)數(shù)據(jù)選擇器輸出后，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換器變?yōu)槲粚挒镾nbit，時鐘頻率為2fSDEAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號；步驟二二、將步驟二一所述的位寬8nbit，時鐘頻率為2fSDKAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)異步FIFO后位寬不變，時鐘頻率變?yōu)閒in/8 ；然后將所述位寬為8nbit，時鐘頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲粚挒閚bit，時鐘頻率為fin的圖像數(shù)據(jù)信號，丟棄每路圖像數(shù)據(jù)每行最末的nvalid’al_nvalid個無效數(shù)據(jù)；步驟二三、將步驟二獲得的位寬為nbit，時鐘頻率為fin的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)外部接口電路傳送至含采集卡的主機硬盤。本發(fā)明的有益效果一、本發(fā)明針對航空航天遙感線陣CXD相機間歇攝像的特點，可在攝像時間段內(nèi)實時存儲多路圖像數(shù)據(jù)，并在攝像結(jié)束后把存儲的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到主機硬盤中以進行后續(xù)處理，本發(fā)明先將各路圖像數(shù)據(jù)并行存儲到SDRAM陣列，然后再逐路讀出圖像數(shù)據(jù)并經(jīng)采集卡存儲到主機的硬盤上；僅采用一條數(shù)傳電纜及采集卡與主機相連，縮減了電纜和采集卡的數(shù)量。二、本發(fā)明采用可編程器件內(nèi)部的異步FIFO速度快但容量小而外部的SDRAM容量大但讀寫效率低操作復(fù)雜的特點，使用了兩種存儲器來完成不同的任務(wù)異步FIFO的作用一方面是實現(xiàn)不同時鐘域的接口，另一方面是實現(xiàn)連續(xù)讀寫數(shù)據(jù)操作與斷續(xù)讀寫數(shù)據(jù)操作之間的緩沖；SDRAM的作用是緩存大容量的高速圖像數(shù)據(jù)；使用可編程邏輯器件作為小容量存儲器和系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)集成度高，控制靈活；三、本發(fā)明對圖像數(shù)據(jù)進行了輸入數(shù)據(jù)位nbit與存儲器位16bit的轉(zhuǎn)換，(1)、
SDRAM的讀寫時鐘頻率可降為原來的&，也就是可把原輸入時鐘頻率提高$倍而SDRAM的
16η
讀寫時鐘頻率保持在未進行nbit與16bit的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前的水平；( 相同的SDRAM容量下
能存儲的數(shù)據(jù)量增加為原來的E倍；C3)可應(yīng)用在每行有效數(shù)據(jù)量相同而行周期更短行頻
η
更高的場合，行頻可提高到接近原來的E倍；
η四、本發(fā)明采用串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換操作結(jié)合在低頻下采用異步FIFO進行不同時鐘域數(shù)據(jù)接口，解決了在高速(數(shù)傳時鐘超過100MHz)情況下進行圖像數(shù)據(jù)位數(shù)的非整數(shù)倍轉(zhuǎn)換的難題五、本發(fā)明為降低系統(tǒng)功耗和減小高頻下的電磁兼容性問題，設(shè)定了 SDRAM最低的工作頻率，并給出了具體公式；為節(jié)省FPGA內(nèi)部的資源，根據(jù)應(yīng)用情況設(shè)定了異步FIFO 的最小深度。


圖1為本發(fā)明所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法中單路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法中SDRAM中主狀態(tài)機循環(huán)結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法中SDRAM操作時鐘域的寫操作流程圖；圖5為本發(fā)明所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法中SDRAM操作時鐘域的讀操作流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖1和圖5說明本實施方式，多路高速消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、將多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)并行緩存至SDRAM陣列。1、將各路輸入的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)的位寬為nbit，頻率為fin，首先經(jīng)外部接口電路轉(zhuǎn)換為TTL電平信號，在每行最末添加
^-valid_equal ^-valid 個無效數(shù)據(jù)，使 valid_equal
滿足為如的整數(shù)倍，且ILi^il< 二 Xn+ ，然后進行串并轉(zhuǎn)
16 16 16 16
換，每8個數(shù)據(jù)組成一組，變?yōu)槲粚?nbit，頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號；2、將位寬8nbit，頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)異步FIFO位寬不變，頻率變?yōu)?2fSDEAM/n ；異步FIFO的作用一方面是由輸入時鐘域切換到SDRAM操作時鐘域，另一方面是進行數(shù)據(jù)緩沖，連續(xù)寫入以行為單位的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，但斷續(xù)讀出圖像數(shù)據(jù)以存儲在SDRAM 中；3、將位寬8nbit，頻率為2fSDKAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器變?yōu)槲粚?6bit， 頻率為fSDKAM的圖像數(shù)據(jù)信號；4、以寫操作時鐘頻率為fSDKAM把各路輸入的圖像數(shù)據(jù)并行寫入對應(yīng)的SDRAM存儲器陣列中；步驟二、將緩存至SDRAM陣列的各路圖像數(shù)據(jù)逐路經(jīng)圖像采集卡存儲到主機硬盤上；1、以讀操作時鐘頻率為fSDEAM把SDRAM存儲器陣列中的圖像數(shù)據(jù)逐路讀出，經(jīng)數(shù)據(jù)選擇器輸出，從第一路開始，直到最后的第m路；2、將位寬16bit，頻率為fSDEAM的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)串并轉(zhuǎn)換器變?yōu)槲粚扴nbit，頻率為2fSDKAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號；3、將位寬8nbit，頻率為2fSDKAM/n的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)異步FIFO，位寬不變，頻率變?yōu)閒in/8 ；異步FIFO的作用一方面是由SDRAM操作時鐘域切換到輸入時鐘域，另一方面是進行數(shù)據(jù)緩沖，斷續(xù)寫入從SDRAM中讀出的圖像數(shù)據(jù)，但輸出以行為單位的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)；4、將位寬8nbit，頻率為fin/8的圖像數(shù)據(jù)信號經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器變?yōu)槲粚抧bit，頻率為fin的圖像數(shù)據(jù)信號，并丟棄每行最末的nvalid’al-nvalid個無效數(shù)據(jù)；5、輸出的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)外部接口電路后再經(jīng)PC的采集卡存儲在主機的硬盤上；結(jié)合圖1說明本實施方式，假設(shè)輸入的圖像數(shù)據(jù)位寬η的取值為10、12或14，時鐘頻率為fin，每行輸入有效圖像數(shù)據(jù)的個數(shù)為Hvalid，輸入的最小行周期為tHmin，可以把輸入的圖像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的位寬轉(zhuǎn)換；由于輸入的數(shù)傳時鐘頻率很高(超過100MHz)，而SDRAM 的讀寫時鐘頻率會更高，本實施方式采用把圖像數(shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換的方法首先對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行降頻，并采用異步FIFO從輸入時鐘域切換到SDRAM的操作時鐘域后再把圖像數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換為位寬16bit的數(shù)據(jù)；從SDRAM中讀出位寬16bit的數(shù)據(jù)后先進行串并轉(zhuǎn)換， 再經(jīng)異步FIFO切換回輸入時鐘域，最后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換為位寬nbit的數(shù)據(jù)；設(shè)定SDRAM的讀寫時鐘頻率相同，存儲系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)的時鐘頻率相同； SDRAM連續(xù)寫入與讀出操作的數(shù)據(jù)個數(shù)為4η，也就是每讀寫如個數(shù)據(jù)然后判定是否進行定時刷新操作；圖像數(shù)據(jù)在進入串并轉(zhuǎn)換器A前每行輸入有效圖像數(shù)據(jù)的個數(shù)經(jīng)適當增加
^-valid_equal ^-valid 個無效圖像數(shù)據(jù)后變?yōu)?valid_equal 個圖像數(shù)據(jù)，所述 valid_equal 為如的整數(shù)倍
且nvalid equal的取值范圍在<-二 Xn <^fP- + 4ι!之間，把添加的無效圖像數(shù)
16 16 16
據(jù)nvalid—_al_nvalid放置在代表有效圖像數(shù)據(jù)的最末位置；而在圖像數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器D輸
出后需把在串并轉(zhuǎn)換器A前添加的nvalid _al-nvalidf無效數(shù)據(jù)丟棄；SDRAM除定時刷新操作
外還有激活、預(yù)沖、判定是否刷新等非數(shù)據(jù)讀寫操作的時間q，此時間參數(shù)隨器件和工作頻
率的變化而不同，8 < q< 20，也就是說每寫入讀出如個數(shù)據(jù)，除定時刷新外需要占有的總
時鐘數(shù)為如+q ；設(shè)定SDRAM的讀寫時鐘頻率fSDKAM ；—次定時刷新操作占據(jù)的最小時間r與
器件和工作頻率有關(guān)，6 ^r ^ 12，設(shè)定SDRAM讀操作時鐘頻率與寫操作相同，則其頻率與
輸入的最小行周期tH—min，單位為us ；在一個行周期內(nèi)占用的時鐘周期nrefresh—g
權(quán)利要求
1.多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，其特征是，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、將多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)并行緩存至SDRAM陣列； 步驟一一、將多路圖像數(shù)據(jù)同時傳送至多個外部接口電路；所述圖像數(shù)據(jù)的位寬為 nbit,時鐘頻率為fin ；每路圖像數(shù)據(jù)中每行輸入的有效圖像數(shù)據(jù)的個數(shù)為nvalid，在每路圖像數(shù)據(jù)的每行的最末添加nvalid—無效數(shù)據(jù)，每行有效圖像數(shù)據(jù)個數(shù)與無效數(shù)據(jù)個數(shù)的總和為 valid_equal ；所述 valid_equal 為如的整數(shù)倍，并且 valid_equal 取值范圍在
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，其特征在于，步驟一二所述的異步FIFO的作用為一、將接收圖像數(shù)據(jù)信號由輸入時鐘域切換到 SDRAM操作時鐘域；二、實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，連續(xù)寫入以行為單位的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，斷續(xù)讀出圖像數(shù)據(jù)存儲在SDRAM中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，其特征在于，步驟二二所述異步FIFO的作用為一、將接收的圖像數(shù)據(jù)信號由SDRAM操作時鐘域切換到輸入時鐘域，二、實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，斷續(xù)寫入從SDRAM中讀出的圖像數(shù)據(jù)，輸出以行為單位的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
多路高速短消隱期線陣CCD圖像數(shù)據(jù)的存儲方法，涉及一種CCD相機圖像數(shù)據(jù)存儲的方法，它解決高分辨率高速航空航天遙感相機圖像數(shù)據(jù)存儲困難問題，本方法先將各路圖像數(shù)據(jù)并行存儲到SDRAM陣列，然后再逐路讀出圖像數(shù)據(jù)并經(jīng)采集卡存儲到主機的硬盤上；實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)進行了輸入數(shù)據(jù)位nbit與存儲器位16bit的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明所述的SDRAM的讀寫時鐘頻率可降為原來的n/16；可應(yīng)用在每行有效數(shù)據(jù)量相同而行頻可提高到接近原來的16/n倍的場合。本發(fā)明為降低系統(tǒng)功耗和減小高頻下的電磁兼容性問題，設(shè)定了SDRAM最低的工作頻率，并給出了具體公式；為節(jié)省FPGA內(nèi)部的資源，根據(jù)應(yīng)用情況設(shè)定了異步FIFO的最小深度。
文檔編號H04N5/372GK102331975SQ201110262419
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者余達, 劉金國, 周懷得, 李云飛, 李廣澤, 臧佳, 郭永飛 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所