無(wú)損壓縮: 最大限度提高幀率并超越 GigE 帶寬的限制

在從移動(dòng)目標(biāo)獲取最多細(xì)節(jié)至關(guān)重要的情況下，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不斷尋找在不影響圖像質(zhì)量的情況下提高幀率的方法，最好同時(shí)將成本降至最低或者不產(chǎn)生額外成本。

推出無(wú)損壓縮功能

• ● 幀率最多可以提高 70%。由于圖像大小減小，攝像頭的總吞吐量降低，GigE 攝像頭的最大幀率得以提高，超過(guò)了 120MB/s 左右的 GigE 接口帶寬限制

• ● 增加單條總線上的攝像頭數(shù)量。由于鏈路上的總體數(shù)據(jù)傳輸量降低，用戶無(wú)需額外的主機(jī)適配器即可在單條總線上安裝更多的攝像頭，而不會(huì)降低同一總線/連接上其他攝像頭的圖像質(zhì)量或幀率，從而可降低成本。

• ● 最大限度減小磁盤(pán)空間占用；現(xiàn)在可以以壓縮格式保存圖像，從而減少主機(jī)系統(tǒng)上的磁盤(pán)占用，并可縮短將圖像寫(xiě)入磁盤(pán)所需的時(shí)間。

• ● 保留 100% 的圖像數(shù)據(jù)；無(wú)丟包

• ● 免費(fèi)！無(wú)額外成本

工作原理

無(wú)損壓縮是部分 Teledyne FLIR GigE 機(jī)器視覺(jué)攝像頭的一種功能，它采用我們的專有算法來(lái)壓縮圖像數(shù)據(jù)。在向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)之前，先在攝像頭上進(jìn)行壓縮；這樣，我們的攝像頭就能以更高的最大幀率傳輸數(shù)據(jù)，從而可在保留 100% 圖像數(shù)據(jù)的同時(shí)，利用較低的帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)后，可以解壓縮，或以體積較小的壓縮格式保存，以減少磁盤(pán)空間占用。

什么時(shí)候采用無(wú)損壓縮

部署于 ITS（智能交通系統(tǒng)）、工廠自動(dòng)化、檢驗(yàn)、機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)分析以及其他高速和及（或）高分辨率應(yīng)用等領(lǐng)域的視覺(jué)系統(tǒng)受制于千兆以太網(wǎng)帶寬。在多個(gè) GigE 攝像頭連接單個(gè)交換機(jī)的應(yīng)用中，這一限制尤為明顯。這類用例的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員常常要用到多個(gè)主機(jī)適配器；產(chǎn)生更多成本和故障點(diǎn)，或需要降低每個(gè)攝像頭的分辨率及（或）幀率方能繼續(xù)使用單個(gè)主機(jī)適配器。

無(wú)損壓縮針對(duì)此類應(yīng)用減少了從攝像頭傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因而降低帶寬使用率及（或）提高最大幀率，但又不影響圖像質(zhì)量。也就是說(shuō)，攝像頭帶寬可以突破接口帶寬限制，同時(shí)保證 100% 圖像數(shù)據(jù)。

多 GigE 攝像頭使用示例

為展示無(wú)損壓縮的價(jià)值，我們以需要在沿線的不同位置放置三個(gè) 500 萬(wàn)像素?cái)z像頭的輸送機(jī)系統(tǒng)作為應(yīng)用示例。其中兩個(gè)攝像頭需要以 20FPS 的幀率運(yùn)行，另一個(gè)以 30FPS 的幀率運(yùn)行，以便系統(tǒng)能提供準(zhǔn)確的輸出。此外，在本例中，工業(yè)環(huán)境和所需的電纜長(zhǎng)度均要求使用千兆以太網(wǎng)。

圖 1：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) BFS-PGE-50S5C 攝像頭連接至一臺(tái) PC 主機(jī)。

這樣的系統(tǒng)通常按以上圖 1 所示那樣設(shè)置。PC 主機(jī)連接至三個(gè)千兆 NIC（網(wǎng)絡(luò)接口卡），每個(gè) BFS-PGE-50S5 攝像頭一個(gè)。由于千兆接口的帶寬限制，攝像頭無(wú)法共享網(wǎng)絡(luò)接口卡（即每個(gè)攝像頭的數(shù)據(jù)傳輸要求接近一個(gè) NIC 的帶寬限制）。第三臺(tái)攝像頭由于幀率要求更高，還必須在分辨率上做出妥協(xié)，以保持在 1GigE NIC 的可用帶寬范圍內(nèi)。除了采用 3 個(gè) GigE NIC 的設(shè)置更昂貴以外，視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者還不得不犧牲第三個(gè)攝像頭的圖像細(xì)節(jié) - 對(duì)于該應(yīng)用場(chǎng)景而言，效果不太理想。

圖 2：采用了無(wú)損壓縮；不再需要“變灰的”GigE NIC。

在啟用無(wú)損壓縮（假設(shè)壓縮比為 1 比 1.8）后，同樣的系統(tǒng)現(xiàn)在可以在單個(gè)接口卡上運(yùn)行前兩個(gè)攝像頭，免去之前設(shè)置中的一整個(gè) NIC，這樣就節(jié)省了空間、減少了故障點(diǎn)并降低了設(shè)計(jì)成本。第三臺(tái)攝像頭還能以 500 萬(wàn)像素的滿分辨率實(shí)現(xiàn)所需的 30 FPS 幀率，同時(shí)占用的帶寬也低于之前的設(shè)置，從而節(jié)省了 CPU 資源。

總之，啟用無(wú)損壓縮可以提高攝像頭的最大幀率（最高能達(dá)到傳感器的速度），而不會(huì)降低攝像頭的分辨率。此外，這樣還可以減少鏈路上的數(shù)據(jù)，從而減少外圍設(shè)備并減少 CPU 的占用。這些獨(dú)特的功能可降低系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)更高的幀率，減少故障點(diǎn)，并保留 100% 的圖像數(shù)據(jù)，而不會(huì)產(chǎn)生任何額外成本。

支持的攝像頭型號(hào)

無(wú)損壓縮功能在我們最受歡迎的 Blackfly S GigE 型攝像頭上提供： 

即將推出的所有配備 Sony Pregius S 傳感器的 Teledyne FLIR GigE 攝像頭也將提供此功能，包括 Blackfly S GigE 和 Oryx 系列攝像頭。