圖像采集存儲系統選擇應考慮的幾大要素

　　隨著工業(yè)相機的發(fā)展，圖像的分辨率越來越大，幀率越來越高，接口的類型越來越多樣，以至圖像采集存儲系統的需求也越來越多。所以用戶在選擇圖像采集存儲系統時，需要考慮諸多要素。本文章主要針對圖像采集存儲系統的各要素展開介紹，方便用戶進行選擇。

　　圖像采集存儲系統的接口類型

　　目前常見的相機輸出接口有CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、CameraLink、HS-LINK、CoaXPress等?，F在對接口一一介紹：

　　CVBS是CompositeVideoBroadcastSignal的縮寫，中文翻譯為復合視頻廣播信號。這是最常見的視頻接口，最初在廣播電視領域應用，后來很多相機輸出都支持了CVBS接口，CVBS信號是隔行視頻信號，分辨率為720x576(PAL制)或者720X480(NTSC制)，CVBS是標清模擬視頻信號接口，目前已經逐步被數字視頻信號接口和高清視頻信號接口替換掉。

　　VGA是VideoGraphicsArray的縮寫，是計算機的常用模擬輸出接口。常見的分辨率有1024x768、1280x1024、1600x1200。目前一部分工業(yè)相機也提供這種輸出接口，可以直接接液晶顯示器進行顯示監(jiān)看。常見的VGA信號的視頻在數字化后時鐘主頻一般不超過162MHz，傳輸的圖像數據率一般不超過3.7Gbps。

　　DVI是DigitalVisualInterface的縮寫，也是計算機的常用輸出接口，該接口是數字接口，VGA接口輸出的是模擬信號，經過顯卡的DA轉換，再經過顯示器的AD轉換后，會有一部分損失，而DVI信號是純數字接口，沒有信號上的損失。隨著時間的發(fā)展，DVI接口在計算機領域越來越廣泛，目前有部分工業(yè)相機也提供DVI接口，可以直接接液晶顯示器進行顯示監(jiān)看。單口的DVI最大時鐘頻率：165MHz，傳輸的圖像數據率一般不超過3.7Gbps。

　　HDMI是HighDefinitionMultimediaInterface的縮寫，是數字高清多媒體接口。HDMI接口一開始主要應用于機頂盒、媒體播放機、電視機、攝像機輸出等消費領域，因為HDMI兼容DVI接口，同時HDMI可以內嵌聲音，所以HDMI接口應用越來越廣泛，同時HDMI接口的連接器體積小，現在很多工業(yè)相機也開始使用HDMI作為信號輸出口。HDMI1.2的最大視頻帶寬為3.96Gbps，這在工業(yè)相機應用比較廣泛，但是在消費電子領域HDMI目前已經發(fā)展到2.0版本，最大視頻帶寬為14.4Gbps，隨著時間的發(fā)展，很多高速相機也會采用該接口作為圖像輸出口。HDMI接口的最大缺點就是緊固性不好，所以如果相機需要移動的話，容易導致信號接觸不良。

　　SDI是SerialDigitalInterface的縮寫，是一種廣播級的高清數字輸入和輸出端口，常用于廣播電視的攝像機接口，SDI接口的傳輸速率上限為2.97Gbps。SDI接口采用和CVBS接口一樣的BNC接口，采用單根銅軸進行信號傳輸，布線施工非常方便，傳輸距離可達300米，在最初的廣電領域和安防領域非常受歡迎。

　　Cameralink標準規(guī)范了數字攝像機和圖像采集卡之間的接口，采用了統一的物理接插件和線纜定義。Cameralink包括Base，Medium，Full三種規(guī)范。CameraLinkBase使用4個數據通道，Medium使用了8個數據通道，Full使用12個數據通道。Cameralink接口的始終速率最快是85MHz，則Base的有效帶寬為2Gbps，Medium的有效帶寬4Gbps，Full的有效帶寬5.3Gbps。最近Cameralink又新增加了規(guī)范CameralinkFull+，支持80MHz，傳輸80bit數據，帶寬可達6.4Gbps。

　　HS-LINK接口是由DALSA公司牽頭定義，支持更高速的傳輸帶寬，單一線纜為CameraLink的4倍，信號協議與CameraLink兼容，也可稱為CameraLink-HS。CameraLink-HS的最大傳輸帶寬可達12Gpbs。

　　CoaXPress該標準容許相機設備通過單根同軸電纜連接到主機，以高達6.25G比特/秒的速度傳輸數據，4根線纜可達25Gbit/s。標準同軸電纜和帶寬的采用，使得CoaXPress不僅可以引起機器視覺應用領域的興趣，還適合廣泛采用同軸電纜的醫(yī)療與安保市場的應用。

　　目前在視頻會議領域CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI使用最廣泛，在廣播電視領域CVBS、HDMI、SDI使用最廣泛，在安防領域CVBS、SDI使用最廣泛，在上述3個領域，大部分領域都有圖像采集存儲的需求，這幾個領域的圖像主要都是滿足娛樂、欣賞、監(jiān)測等需求，所以圖像經過壓縮之后，大部分還能滿足觀看的需求，而圖像一旦經過壓縮，數據量將大幅減少，比如常見的1080P30的視頻，經過H.264算法的壓縮，碼率一般能控制在8Mbps，亦即1MB/s量級，數據帶寬很小，所以用常規(guī)的嵌入式主控芯片，ARM等即可實現存儲的需求，如果并發(fā)路數很多，則只需要用高性能的ARM系統或者PC系統即可。

　　在工業(yè)領域和軍用領域，目前標清分辨率的相機大部分為CVBS和CameralinkBase接口。而高分辨率的領域，目前使用最廣泛的是SDI和Cameralink接口，目前還推出了HS-LINK、CoaxPress等更高帶寬接口。在這個領域，對圖像的畫質要求非常的高，往往不能對圖像進行壓縮，相機輸出的帶寬非常高，所以需要采用高速圖像采集存儲系統來實現圖像存儲的目的。

　　高速圖像采集存儲系統的架構

　　高速圖像采集存儲系統一般分為兩類，一類是基于PC機的圖像采集存儲系統，一類是嵌入式的圖像采集存儲系統。

　　基于PC機的圖像采集存儲系統一般由硬件部分和采集存儲、回放軟件部分組成。硬件部分一般由一臺PC機和顯示器組成，PC機則集成了圖像采集卡、高速存儲卡。常見的高速存儲卡有基于PCIE的固態(tài)盤也有基于SATA的固態(tài)盤。軟件部分一般由圖像采集卡的驅動程序，圖像采集程序，圖像存儲卡的驅動程序，圖像存儲卡的數據寫入和讀出程序及圖像回放軟件(播放器軟件)組成。部署在PC機上的軟件實時的把采集到的圖像顯示和存儲。

　　嵌入式的圖像采集存儲系統，一般由ARM+SSD或者FPGA+FLASH或者FPGA+SSD組成，ARM+基于SATA接口的SSD系統相對比較容易實現，但是因為ARM的IO吞吐能力一般都不高，所以一般只能保證50-60MB/s的硬盤寫入速度，由于ARM上運行的linux不是強實時操作系統，所以對于需要保證實時圖像采集存儲的場合，ARM+SSD系統一般不能適用。

　　FPGA+FLASH是早期的嵌入式圖像采集存儲系統中主流的解決方案，當時單片FLASH的容量一般都不大，如果要支持大容量的存儲，還得用FLASH陣列，FPGA+FLASH架構的產品，結構的設計可以非常靈活，因為系統全部由芯片組成，所以在軍用領域使用的尤其多，但是FPGA+FLASH架構的產品需要通過更換FLASH芯片達到擴容目的，更換容量相對不那么方便，在目前高速發(fā)展的工業(yè)相機領域，難以滿足各式各樣的需求，所以慢慢的就被FPGA+基于SATA接口的SSD架構的產品替代。

　　FPGA+SSD的產品采用的是標準SATA接口的固態(tài)盤，所以在容量的選擇上非常的靈活，同時基于SATA接口的固態(tài)盤目前是非常成熟的標準產品，這種標準產品緊跟摩爾定律的發(fā)展，容量擴增非常的快，價格下降的也非?？欤詢r比很高，所以采用FPGA+SSD架構的產品要比FPGA+FLASH架構的產品性價比高很多。

　　基于PC機的圖像采集存儲系統通常適用于科研實驗室的環(huán)境，對設備的體積要求不高，功耗要求不高，主要為科研人員提供相機采集后的圖像。

　　航空拍攝領域對存儲設備提出了苛刻的要求，國內外的一些企業(yè)主要是通過工控計算機+定制專用的FLASH存儲板卡的架構來滿足該需求，產品的訂制成本非常的高，同時采用該架構的設備體積大，功耗大。嵌入式的圖像采集存儲系統具有體積小，功耗低，能滿足航拍領域特殊的振動要求，在航拍領域廣受歡迎。同時有些場合，需要在戶外用工業(yè)相機進行圖像采集實驗，需要攜帶圖像采集存儲系統，基于PC機的圖像采集存儲系統體積大，功耗大，攜帶非常不方便，此時，也會考慮使用嵌入式的圖像采集存儲系統。

　　拓目科技的高速圖像采集存儲系統

　　拓目科技一直專注于嵌入式的圖像采集存儲系統的研發(fā)和生產，推出了多款嵌入式的圖像采集存儲系統。

　　TMS-F231是基于FLASH架構的產品，體積小，早期在軍方機載領域應用廣泛，但是需要通過更換FLASH芯片達到擴容目的，更換容量相對不那么方便，在目前高速發(fā)展的工業(yè)相機領域，難以滿足格式各樣的需求。為了推動工業(yè)相機存儲市場的發(fā)展，拓目科技發(fā)布了基于SATA接口的SSD盤存儲系統TMS-S231，隨著消費電子的發(fā)展，SSD的單盤容量不斷的擴大，價格不斷的降低，使得TMS-S231得到廣泛的應用。隨著存儲帶寬需求的提升，2012年拓目科技發(fā)布了TMS-S531，帶寬能力為TMS-S231的2倍。在國防軍事領域，機載航空拍攝設備對存儲組件的體積，功耗，溫度范圍，抗振能力提出了更高的要求。TMS-S231和TMS-S531在工業(yè)領域獲得了一致的認可，但是它們均是針對工業(yè)領域設計的，體積相對較大，沒有為高強度的振動環(huán)境做過特殊的處理，于是拓目科技對TMS-S231設備進行重構，2013年設計了軍品級存儲產品TMS-S231M，不僅重量輕，體積小，功耗低，而且還能滿足機載領域特殊的振動要求，同時TMS-S231M集成了管理功能，不需要再配備一臺微型計算機進行管理，即可和機載的其它外設進行通訊。上述幾個型號均是針對Cameralink接口設計的存儲系統，2014年拓目科技將推出TMS-S231C和TMS-S531C，將支持更多的圖像輸入接口，比如SDI接口，HS-LINK接口等，同時將支持更多的圖像分辨率，從而能滿足更多客戶的需求。下表是拓目科技的嵌入式的圖像采集存儲系統的各種型號：

　　總結下拓目科技嵌入式的圖像采集存儲系統的產品特點：

　　1.獨立工作，不需要計算機控制即可實現信號采集和信號存儲

　　2.采用業(yè)界領先的掉電保護技術，令您的數據安全無憂

　　3.性能卓越，擁有單盤高達250MB/s的寫帶寬，目前可支持4個盤位

　　4.單盤8GB~1TB大容量可選，存儲容量大小也可以根據用戶需求定制

　　5.支持CameraLink視頻輸入接口和其它定制的視頻輸入接口

　　6.支持RS422接口，可以接受外設進行飛行參數設置

　　7.支持LVDS差分觸發(fā)信號

　　8.板載軍品級SSD盤，滿足零下40度至零上70度的溫度要求

　　9.支持千兆以太網下載或瀏覽

　　10.滿足各種惡劣環(huán)境應用要求，能在高溫度或者超低溫度、多灰塵、高海拔、強振動等應用場合下正常使用

　　隨著對行業(yè)理解的加深和技術儲備的深入，拓目科技將會為圖像采集存儲領域推出更多完整的產品級解決方案。