一種空間tdiccd相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空間TDICCD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，包括：CCD各通道高中低速傳輸單元；圖像幀構(gòu)造單元；壓縮參數(shù)存儲器；壓縮芯片陣列；壓縮芯片控制器；存儲陣列控制器和糾錯編碼器；大容量固存單元；壓縮碼流傳輸單元。本發(fā)明的空間TDICCD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，可以可靠地傳輸?shù)腃CD各通道圖像數(shù)據(jù)，并將圖像傳輸?shù)綀D像實時壓縮單元。圖像實時壓縮單元采樣幀構(gòu)造策略、專用芯片壓縮策略等。壓縮碼流在糾錯算法下存儲到大容量NAND閃存中，以克服單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。最終壓縮碼流通過G級傳輸方式傳輸?shù)叫l(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)中。
【專利說明】一種空間TDICCD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間多光譜TDICCD相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)研制領(lǐng)域，具體涉及一種空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著基于多光譜時間延遲積分(TDI)電荷耦合器件(CCD)成像技術(shù)的空間相機(jī)在視場和分辨率指標(biāo)要求上的不斷提高，所采用的多光譜CCD拼接片數(shù)和讀出速率也不斷增多和提高，從而使數(shù)字化后的CCD圖像數(shù)據(jù)量大幅增加，衛(wèi)星存儲器容量有限，傳輸帶寬受限。因此，圖像信息向地面?zhèn)鬏斍氨仨氝M(jìn)行壓縮。通常C⑶成像單元在焦面附近，而圖像壓縮和存儲系統(tǒng)在相機(jī)電單機(jī)中，二者相機(jī)較遠(yuǎn)，因此需要專門的圖像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。由于傳輸?shù)膱D像是原始圖像因此數(shù)據(jù)量十分龐大，采用常用圖像傳輸方式必然導(dǎo)致系統(tǒng)龐大、線纜增大，功耗增大。
[0003]多光譜CXD相機(jī)圖像實時壓縮存儲裝置位于CXD成像單元和衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)之間，不僅要求圖像進(jìn)行實時壓縮，同時還要盡量降低設(shè)計復(fù)雜度，減少功耗。目前關(guān)于圖像壓縮算法采用硬件實現(xiàn)不僅復(fù)雜、資源占用大而且難以達(dá)到相機(jī)所要求的實時性，同時采用硬件實現(xiàn)也難以融入到相機(jī)系統(tǒng)中。另外，相機(jī)由于工作在空間環(huán)境，容易受輻射的影響導(dǎo)致圖像存儲器發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此必須要設(shè)計專門的技術(shù)對存儲進(jìn)行保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述空間多光譜TDICXD圖像傳輸、壓縮以及存儲系統(tǒng)研制中存在的問題，本發(fā)明提供了一種空間TDIC⑶相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0006]一種空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，包括:
[0007](XD各通道高中低速傳輸單兀,包括:低速傳輸單兀、中速傳輸單兀、高速傳輸單元以及糾錯ECC編碼模塊；
[0008]圖像幀構(gòu)造單元，用來構(gòu)造大小為MXN圖像幀；
[0009]壓縮參數(shù)存儲器，用來將壓縮編碼參數(shù)導(dǎo)入到壓縮芯片正常工作；
[0010]壓縮芯片控制器，包括:ADV212編碼參數(shù)、存儲器設(shè)置狀態(tài)機(jī)、圖像數(shù)據(jù)輸入單元、圖像緩存、壓縮碼流讀取單元；
[0011]壓縮芯片陣列，用來壓縮多通道CXD圖像數(shù)據(jù)；
[0012]存儲陣列控制器和糾錯編碼器，包括:閃存讀狀態(tài)機(jī)、寫狀態(tài)機(jī)、擦除狀態(tài)機(jī)、壞塊管理單元以及RS糾錯編碼單元；
[0013]大容量固存單元,包括:NAND閃存陣列和供電單元；
[0014]壓縮碼流傳輸單元，包括:G級傳輸芯片、傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立以及糾錯編碼單元。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述CCD各通道高中低速傳輸單元中，所述低速傳輸單元、中速傳輸單元、高速傳輸單元，分別包括傳輸協(xié)議和讀寫控制單元。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述圖像幀構(gòu)造單元包括=SDRAM初始化狀態(tài)機(jī)、刷新操作狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)讀狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)寫狀態(tài)機(jī)以及乒乓操作的SDRAM。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述壓縮參數(shù)存儲器包括:EER0M存儲器、I2C協(xié)議讀寫控制單元以及RAM。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述壓縮芯片陣列包括:ADV212、芯片配置電路以及晶振。
[0019]本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0020]本發(fā)明裝置可以接收相機(jī)所有通道CXD原始圖像數(shù)據(jù)；實時壓縮相機(jī)所有通道CCD原始圖像數(shù)據(jù)；采用硬件方式對相機(jī)所有通道CCD原始圖像進(jìn)行實時壓縮。存儲相機(jī)所有通道圖像壓縮后數(shù)據(jù)；調(diào)整圖像壓縮比、輸入圖像灰度級數(shù)、輸入圖像數(shù)據(jù)采樣率等參數(shù)；向數(shù)傳系統(tǒng)發(fā)送壓縮碼率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的空間TDIC⑶相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置的一種【具體實施方式】的裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖中的附圖標(biāo)記表示為:
[0024]1-CXD各通道高中低速傳輸單元；2_圖像幀構(gòu)造單元；3_壓縮參數(shù)存儲器；4_壓縮芯片控制器；5_壓縮芯片陣列；6_存儲陣列控制器和糾錯編碼器；7_大容量固存單元；8-壓縮碼流傳輸單元。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的發(fā)明思想為:
[0026]根據(jù)CCD成像單元可能輸出低速、中速以及高速圖像數(shù)據(jù)，設(shè)計相應(yīng)傳輸系統(tǒng)，同時在傳輸時采用ECC糾錯編碼策略，提高了傳輸可靠性。圖像實時壓縮單元采用專用壓縮芯片ADV212，根據(jù)ADV212工作特點以及多通道CXD圖像輸出特點，采用Custom工作模式和幀構(gòu)造策略，以實現(xiàn)單片ADV212處理多通道CXD圖像數(shù)據(jù)。壓縮碼流存儲到大容量NAND閃存中，為了防止存儲器出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，本文采用RS糾錯算法。最后將壓縮碼流采用G級傳輸方案，大大減少傳輸通道。整個裝置采用FPGA為主處理器，可以與相機(jī)其他系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接。
[0027]本發(fā)明的空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置包括:
[0028]CXD各通道高中低速傳輸單元，用來傳輸CXD成像單元各通道輸出地圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)各通道像元轉(zhuǎn)移時鐘頻率不同，設(shè)計為低速、中速以及高速傳輸系統(tǒng)。低速傳輸系統(tǒng)采用LVDS傳輸(并行時鐘頻率小于55MHz)，中速采用Camera Link協(xié)議傳輸(并行時鐘頻率小于80MHz)，高速采用G比特傳輸(并行時鐘頻率大于80MHz)。為了提高傳輸可靠性，設(shè)計了FEC糾錯的ECC算法的VLSI結(jié)構(gòu)，即在傳輸前進(jìn)行使用ECC進(jìn)行編碼，接收時進(jìn)行ECC解碼。由于ECC算法使用FPGA實現(xiàn)幾乎不影響傳輸速度，因此非常適合CXD圖像數(shù)據(jù)傳輸。
[0029]圖像幀構(gòu)造單元，用來構(gòu)造壓縮芯片所需的圖像幀。通常C⑶輸出通道數(shù)高達(dá)數(shù)十個，如果每個通道分別采用壓縮單元壓縮必然占用大量資源。因此本發(fā)明采用圖像幀構(gòu)造單元將多通道圖像以流水線的方式進(jìn)行壓縮，僅采用一個壓縮單元就可以處理多通道數(shù)據(jù)。
[0030]壓縮參數(shù)存儲器，用來存儲壓縮芯片正常工作的編碼參數(shù)。本發(fā)明采用RAM搬移策略,系統(tǒng)上電時將壓縮參數(shù)搬移到RAM中，壓縮進(jìn)行時然后從RAM中導(dǎo)入到壓縮芯片中。由于從RAM導(dǎo)入到壓縮芯片的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從外部存儲器導(dǎo)入到壓縮芯片速率快，因此該策略大大提高了壓縮芯片配置效率。
[0031]壓縮芯片控制器，用來控制壓縮芯片正常工作，設(shè)置其編碼參數(shù)、存器、處理中斷事件，接收圖像幀構(gòu)造單元的數(shù)據(jù)。整個設(shè)計采用FPGA編程實現(xiàn)可以和相機(jī)其他系統(tǒng)無縫連接。
[0032]壓縮芯片陣列，用來壓縮圖像，壓縮芯片采用ADV212，該芯片采用了世界最先進(jìn)的處理技術(shù)，采用JPEG2000壓縮算法，控制起來十分方便，壓縮性能高于常用壓縮算法。最大壓縮速率達(dá)到IM sample/s，可以滿足各種(XD相機(jī)實時壓縮應(yīng)用。
[0033]存儲陣列控制器和糾錯編碼器，用來控制大容量存儲陣列實時存儲圖像數(shù)據(jù)，控制固存擦除、讀寫、壞塊管理等操作，同時采用流水線策略存儲多通道CCD圖像數(shù)據(jù)。為了防止由于單粒子翻轉(zhuǎn)使存儲器發(fā)生翻轉(zhuǎn)而造成圖像數(shù)據(jù)差錯。本發(fā)明設(shè)計了基于RS碼的糾錯策略，在存儲前進(jìn)行編碼，在讀取后進(jìn)行檢錯和糾錯，提高了圖像數(shù)據(jù)存儲的可靠性。
[0034]大容量固存單元，用來存儲壓縮碼流。大容量固存采用NAND閃存，NAND閃存具有高速存取、體積小、功耗低、輕便、抗震、抗沖擊、溫度適應(yīng)范圍寬、非易失、容量大，非常適合空間相機(jī)應(yīng)用。
[0035]壓縮碼流傳輸單元，用來向衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)傳輸圖像壓縮碼流，本發(fā)明采用高速G級傳輸策略，可用少的傳輸通道傳輸各通道C⑶圖像壓縮碼流，可以減少傳輸系統(tǒng)復(fù)雜度。另外，傳輸前采用RS編碼糾錯策略，保證傳輸可靠性。
[0036]下面以具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037]圖1顯示本發(fā)明的空間TDIC⑶相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮和存儲裝置的一種【具體實施方式】。參見圖1，其包括:c⑶各通道高中低速傳輸單元1，圖像幀構(gòu)造單元2，壓縮參數(shù)存儲器3，壓縮芯片控制器4，壓縮芯片陣列5，存儲陣列控制器和糾錯編碼器6，大容量固存單元7，壓縮碼流傳輸單元8。
[0038]具體的說:
[0039]C⑶各通道高中低速傳輸單元I，其與相機(jī)CXD成像單元相連，包括:低速傳輸單元、中速傳輸單元和相高速傳輸單元以及糾錯ECC編碼模塊。每個傳輸單元包括傳輸協(xié)議和讀寫控制單元。
[0040]圖像幀構(gòu)造單元2包括:包括SDRAM初始化狀態(tài)機(jī)、刷新操作狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)讀狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)寫狀態(tài)機(jī)以及乒乓操作的SDRAM。用來構(gòu)造大小為MXN圖像幀。
[0041]壓縮參數(shù)存儲器3包括:EER0M存儲器、I2C協(xié)議讀寫控制單元和以及RAM。用來將壓縮編碼參數(shù)導(dǎo)入到壓縮芯片正常工作。
[0042]壓縮芯片控制器4包括:ADV212編碼參數(shù)、存儲器設(shè)置狀態(tài)機(jī)、圖像數(shù)據(jù)輸入單元、圖像緩存、壓縮碼流讀取單元等。
[0043]壓縮芯片陣列5包括:包括ADV212、芯片配置電路以及晶振。用來壓縮多通道CXD圖像數(shù)據(jù)。[0044]存儲陣列控制器和糾錯編碼器6包括:閃存讀狀態(tài)機(jī)、寫狀態(tài)機(jī)、擦除狀態(tài)機(jī)、壞塊管理單元以及RS糾錯編碼單元。
[0045]大容量固存單元7包括:NAND閃存陣列和供電單元。
[0046]壓縮碼流傳輸單元8，其與衛(wèi)星傳輸接口相連，包括:G級傳輸芯片、傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立以及糾錯編碼單元。
[0047]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，其特征在于，包括: CXD各通道高中低速傳輸單元(I )，包括:低速傳輸單元、中速傳輸單元、高速傳輸單元以及糾錯ECC編碼模塊； 圖像幀構(gòu)造單元(2)，用來構(gòu)造大小為MXN圖像幀； 壓縮參數(shù)存儲器(3)，用來將壓縮編碼參數(shù)導(dǎo)入到壓縮芯片正常工作； 壓縮芯片控制器(4)，包括:ADV212編碼參數(shù)、存儲器設(shè)置狀態(tài)機(jī)、圖像數(shù)據(jù)輸入單元、圖像緩存、壓縮碼流讀取單元； 壓縮芯片陣列(5)，用來壓縮多通道CXD圖像數(shù)據(jù)； 存儲陣列控制器和糾錯編碼器(6)，包括:閃存讀狀態(tài)機(jī)、寫狀態(tài)機(jī)、擦除狀態(tài)機(jī)、壞塊管理單元以及RS糾錯編碼單元； 大容量固存單元(7)，包括:NAND閃存陣列和供電單元； 壓縮碼流傳輸單元(8)，包括:G級傳輸芯片、傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立以及糾錯編碼單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，其特征在于，所述CCD各通道高中低速傳輸單元(I)中，所述低速傳輸單元、中速傳輸單元、高速傳輸單元，分別包括傳輸協(xié)議和讀寫控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，其特征在于，所述圖像幀構(gòu)造單元(2)包括:SDRAM初始化狀態(tài)機(jī)、刷新操作狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)讀狀態(tài)機(jī)、數(shù)據(jù)寫狀態(tài)機(jī)以及乒乓操作的SDRAM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，其特征在于，所述壓縮參數(shù)存儲器(3)包括=EEROM存儲器、I2C協(xié)議讀寫控制單元以及RAM。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間TDICXD相機(jī)圖像實時傳輸、壓縮及存儲裝置，其特征在于，所述壓縮芯片陣列(5)包括:ADV212、芯片配置電路以及晶振。
【文檔編號】H04N5/232GK103428496SQ201310356464
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】李進(jìn), 金龍旭, 張然峰, 陶宏江, 李國寧 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所