一种三通道图像传输接口转换方法

摘要

本发明涉及一种三通道图像传输接口转换装置及图像传输接口转换方法，装置包括：依次连接的3G‑SDI接口和3G‑SDI主控芯片；依次连接的USB3.0接口和USB3.0主控芯片；依次连接的Camera link接口和Camera link接口转换芯片。图像传输接口转换方法包括两个步骤。本发明的优点是：可实现三种主流数字图像传输接口的相互转换，充分利用FPGA灵活性强、可编程的优点，在FPGA内实现多种编、解码算法，解决了三种图像接口之间任意转换的问题，充分利用硬件资源，提高图像传输接口转换装置的集成度。

权利要求

1.一种三通道图像传输接口转换方法，基于FPGA数字处理电路以及同时与FPGA数字处理电路连接的3G-SDI主控芯片、USB3.0主控芯片和Camera link接口转换芯片，以及DDR3存储器、外部输入控制电路、时钟管理电路、电源管理电路和串口通讯电路，其中3G-SDI主控芯片上连接3G-SDI接口，USB3.0主控芯片上连接USB3.0接口，Camera link接口转换芯片上连接Camera link接口；

其特征在于，步骤包括：

步骤1，接口信号电平监测电路实时监测接口电平的变化情况，当接口电平变化时，按优先级顺序，判断该电平变化来自哪个图像输入接口，并根据判断结果选择执行：执行一：三个图像输入接口的电平都没有变化时，则装置处于等待状态；

执行二：如果Camera link图像输入接口电平有变化，则启动接收Camera link通道输入的图像数据，对Camera link图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

如果Camera link图像输入接口电平没有变化，USB3.0图像输入接口电平有变化，则启动接收USB3.0通道输入的图像数据，对USB3.0图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

执行三：如果Camera link图像输入接口和USB3.0图像输入接口的电平都没有变化，而

3G-SDI图像输入接口电平有变化，则启动接收3G-SDI通道输入的图像数据，对3G-SDI图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

步骤2，再分别由USB3.0主控芯片或3G-SDI主控芯片或Camera link接口转换芯片编码得到满足USB3.0协议或3G-SDI协议或Camera link协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像或Camera link图像的对应的两两组合图像。

2.根据权利要求1所述的图像传输接口转换方法，其特征在于，所述步骤2具体包括步骤：

步骤2.1、当Camera link接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由USB3.0主控芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足USB3.0协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像；

步骤2.2、当Camera link接口没有图像数据输入，USB3.0接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足Camera link协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和3G-SDI图像；

步骤2.3、当Camera link接口和USB3.0接口没有图像数据输入，3G-SDI接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和USB3.0主控芯片编码得到满足Camera link协议和USB3.0协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和USB3.0图像。

说明书

一种三通道图像传输接口转换方法

技术领域

[0001] 本发明涉及图像传输领域，特别涉及一种基于FPGA的三通道图像传输接口转换装置及图像传输接口转换方法。

背景技术

[0002] 目前在各型相机中应用的图像传输接口种类多样，可分为模拟图像传输接口和数字图像传输接口，随着高帧频、高分辨率图像传输需求日益增长，数字图像接口应用范围广泛，Camera link接口，USB3.0接口和3G-SDI接口是当前主流的数字图像接口，三种接口根据各自特点应用在各个领域。

[0003] Camera link接口是基于 Channel Link 技术发展而来的一种通信接口，有Base、Medium 和 Full 三种配置方式，在时钟为 85 MHz 时最高传输速度为 2.38Gb/s，最大传输距离为 15 米。具有抗干扰、传输带宽较高、传输距离短的特点。

[0004] USB接口是一种使用最为频繁的计算机总线接口技术，目前无论是在民用消费电子产品还是在高端智能测控等领域，USB 接口已经发展成为通用接口。USB 接口使得计算机与基于USB 接口的外部设备之间的连接通信变得十分便捷。有主要有USB2.0和USB3.0两种规范，支持热插拔，最多可同时连接 127 个外围设备， USB总线协议由主机控制，最高理论速度为 5.0Gb/s，最远传输距离为 5 米。具有易使用、成本低、传输距离短的特点。

[0005] SDI 的第一代 SD-SDI被定义为标清视频串行数字接口，主要用于物理分辨率在 720P 以下的视频信号的传输。HD-SDI 是第二代 SDI，能够支持国际高清准则要求的视频宽纵比为 16：9、分辨率为 720P 或1080i的信号传输，因此成为“高清”。目前最新的是第三代 3G-SDI，最高支持 1080P 格式的视频传输，被成为“全高清”。SDI接口具有传输距离远，内容丰富、分辨率受限的特点。

[0006] 目前，各种数字图像传输接口的相机都要与之对应的图像采集装置连接起来使用，如Camera link接口相机需要配合Camera link图像采集卡使用，USB接口相机需要配合USB数据采集卡使用，SDI接口相机需要配合SDI视频采集卡使用。这无疑增加了各种接口的相机之间测试、对比和应用的复杂性。常用的做法是通过专用的图像传输接口转换装置如Camera link转USB3.0接口盒、SDI转Camera link接口盒和USB3.0转SDI接口盒等，可以实现两种接口之间的单向转换，但采用这种方式来实现上述三种接口之间的任意切换就需要六种专用接口盒，系统复杂程度急剧增加，硬件成本也大为增加。

[0007] 随着FPGA电子技术的不断发展，应用FPGA器件可编程、接口资源丰富的特点，将主流的三种数字图像传输接口之间相互转换的功能集中于一个装置，并加入接口电平监测、外部输入控制、内部时钟管理等功能，实现任意形式接口的图像输入，同时输出两种其他接口形式的图像。

发明内容

[0008] 本发明的目的是为了降低图像传输接口转换装置的复杂度，提供一种三通道图像传输接口转换装置及图像传输接口转换方法，采用该方案能够实现Camera link、USB3.0和3G-SDI三种接口图像的输入输出变换，在FPGA的控制下实现对多种接口协议的解码和编码工作，充分利用硬件资源，提高图像传输接口转换装置的集成度。

[0009] 三通道图像传输接口转换装置包括Camera link图像输入接口、USB3.0图像输入接口、3G-SDI图像输入接口、Camera link解码和编码芯片、USB3.0主控芯片、3G-SDI主控芯片、FPGA芯片、电源芯片、DDR3存储器、有源晶振、串口芯片、Camera link图像输出接口、USB3.0图像输出接口、3G-SDI图像输出接口。当有外部图像输入时，相应图像输入接口上就会有电平发生变化，外部输入控制电路监测这些电平变化情况，根据优先级顺序（Camera link—USB3.0—3G-SDI）选择由哪个接口接入对应图像。

[0010] 本发明一种三通道图像传输接口转换装置及图像传输接口转换方法的技术方案如下：

[0011] 本发明一种三通道图像传输接口转换装置，包括：

[0012] 依次连接的3G-SDI接口和3G-SDI主控芯片；

[0013] 依次连接的USB3.0接口和USB3.0主控芯片；

[0014] 依次连接的Camera link接口和Camera link接口转换芯片；

[0015] FPGA数字处理电路以及DDR3存储器、外部输入控制电路、时钟管理电路、电源管理电路和串口通讯电路；

[0016] 所述3G-SDI主控芯片、USB3.0主控芯片以及Camera link接口转换芯片同时与FPGA数字信号处理电路连接。

[0017] 优选地，USB3.0外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出Camera link图像和3G-SDI图像；3G-SDI外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出Camera link图像和USB3.0图像；Camera link外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出3G-SDI图像和USB3.0图像。

[0018] 优选地，所述外部输入控制电路根据各接口数据线的电平变化情况判断和选择由哪个接口接入对应图像，并设定各输入接口不同的优先级，在三种图像输入接口之间进行切换。

[0019] 优选地，对任意外部输入图像数据的像素时钟，通过串口通讯电路写入相应的分频、倍频系数，再经过FPGA内部的时钟管理电路输出对应接口形式所需的图像像素时钟，以适配对应的输出图像接口。

[0020] 本发明一种三通道图像传输接口转换装置的图像传输接口转换方法，其步骤包括：

[0021] 步骤1，接口信号电平监测电路实时监测接口电平的变化情况，当接口电平变化时，按优先级顺序，判断该电平变化来自哪个图像输入接口，并根据判断结果选择执行：

[0022] 执行一：三个图像输入接口的电平都没有变化时，则装置处于等待状态；

[0023] 执行二：如果Camera link图像输入接口电平有变化，则启动接收Camera link通道输入的图像数据，对Camera link图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0024] 如果Camera link图像输入接口电平没有变化，USB3.0图像输入接口电平有变化，则启动接收USB3.0通道输入的图像数据，对USB3.0图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0025] 执行三：如果Camera link图像输入接口和USB3.0图像输入接口的电平都没有变化，而3G-SDI图像输入接口电平有变化，则启动接收3G-SDI通道输入的图像数据，对3G-SDI图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0026] 步骤2，再分别由USB3.0主控芯片或3G-SDI主控芯片或Camera link接口转换芯片编码得到满足USB3.0协议或3G-SDI协议或Camera link协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像或Camera link图像的对应的两两组合图像。

[0027] 优选地，所述步骤2具体包括步骤：

[0028] 步骤2.1、当Camera link接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由USB3.0主控芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足USB3.0协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像；

[0029] 步骤2.2、当Camera link接口没有图像数据输入，USB3.0接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足Camera link协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和3G-SDI图像；

[0030] 步骤2.3、当Camera link接口和USB3.0接口没有图像数据输入，3G-SDI接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和USB3.0主控芯片编码得到满足Camera link协议和USB3.0协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和USB3.0图像。

[0031] 本发明具有如下优点：相对于现有图像传输接口转换装置，三通道图像传输接口转换装置兼容Camera link、USB3.0和3G-SDI三种主流数字图像接口，在外部监控电路、输入控制、串口控制和接口协议解码、编码后，能够实现三种接口图像之间的任意输入输出转换，实现硬件资源的集约利用，应用于各种成像质量测试平台和图像转换传输平台，对提高图像传输接口装置转换效率和适配性具有重要意义。

附图说明

[0032] 图1为本发明三通道图像传输接口转换流程图。

[0033] 图2为外部输入电路逻辑控制示意图。

[0034] 图3 为Camera link输入图像转换示意图。

[0035] 图4 为USB3.0输入图像转换示意图。

[0036] 图5为3G-SDI输入图像转换示意图。

[0037] 图6 为三通道图像传输接口转换装置结构示意图。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图对本发明的三通道图像传输接口转换装置具体实施方法加以说明。

[0039] 一、首先介绍一下本发明的具体硬件结构。

[0040] 一种三通道图像传输接口转换装置，如图6所示包括：

[0041] 依次连接的3G-SDI接口和3G-SDI主控芯片；

[0042] 依次连接的USB3.0接口和USB3.0主控芯片；

[0043] 依次连接的Camera link接口和Camera link接口转换芯片；

[0044] FPGA数字处理电路以及DDR3存储器、外部输入控制电路、时钟管理电路、电源管理电路和串口通讯电路；

[0045] 所述3G-SDI主控芯片、USB3.0主控芯片以及Camera link接口转换芯片同时与FPGA数字信号处理电路连接。

[0046] 其中，USB3.0外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出Camera link图像和3G-SDI图像；3G-SDI外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出Camera link图像和USB3.0图像；Camera link外部输入图像数据通过软件、硬件解码和编码，同时输出3G-SDI图像和USB3.0图像。

[0047] 外部输入控制电路根据各接口数据线的电平变化情况判断和选择由哪个接口接入对应图像，并设定各输入接口不同的优先级，在三种图像输入接口之间进行切换，对任意外部输入图像数据的像素时钟，通过串口通讯电路写入相应的分频、倍频系数，再经过FPGA内部的时钟管理电路输出对应接口形式所需的图像像素时钟，以适配对应的输出图像接口。

[0048] 二、下面介绍本发明所述转换装置的图像传输接口转换方法，步骤包括：

[0049] 步骤1，接口信号电平监测电路实时监测接口电平的变化情况，,当接口电平变化时，按优先级顺序，判断该电平变化来自哪个图像输入接口，并根据判断结果选择执行：

[0050] 执行一：三个图像输入接口的电平都没有变化时，则装置处于等待状态；

[0051] 执行二：如果Camera link图像输入接口电平有变化，则启动接收Camera link通道输入的图像数据，对Camera link图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0052] 如果Camera link图像输入接口电平没有变化，USB3.0图像输入接口电平有变化，则启动接收USB3.0通道输入的图像数据，对USB3.0图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0053] 执行三：如果Camera link图像输入接口和USB3.0图像输入接口的电平都没有变化，而3G-SDI图像输入接口电平有变化，则启动接收3G-SDI通道输入的图像数据，对3G-SDI图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中；

[0054] 步骤2，再分别由USB3.0主控芯片或3G-SDI主控芯片或Camera link接口转换芯片编码得到满足USB3.0协议或3G-SDI协议或Camera link协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像或Camera link图像的对应的两两组合图像。

[0055] 其中，步骤2具体包括步骤：

[0056] 步骤2.1、当Camera link接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由USB3.0主控芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足USB3.0协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出USB3.0图像和3G-SDI图像；

[0057] 步骤2.2、当Camera link接口没有图像数据输入，USB3.0接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和3G-SDI主控芯片编码得到满足Camera link协议和3G-SDI协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和3G-SDI图像；

[0058] 步骤2.3、当Camera link接口和USB3.0接口没有图像数据输入，3G-SDI接口有外部输入图像数据时，通过解码分析，得到帧同步、行同步、像素时钟、像素数据，在FPGA控制下存储到DDR3存储芯片中，再分别由Camera link芯片和USB3.0主控芯片编码得到满足Camera link协议和USB3.0协议的图像数据，最后经由对应接口同时输出Camera link图像和USB3.0图像。

[0059] 三、下面结合附图具体说明。

[0060] 图6为一种三通道图像传输接口转换装置结构示意图，如图1所示为三通道图像传输接口转换流程图，包括Camera link接口、USB3.0接口和3G-SDI接口三种输入接口，电平监控电路，外部输入选择控制电路，图像数据解码和编码电路，图像输出电路。接口信号电平监测电路实时监测接口电平的变化情况。如图2所示，当接口电平变化时，按优先级顺序，判断该电平变化来自哪个图像输入接口，三个图像输入接口的电平都没有变化时，则装置处于等待状态。如果Camera link图像输入接口电平有变化，则启动接收Camera link通道输入的图像数据，对Camera link图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中。如果Camera link图像输入接口电平没有变化，USB3.0图像输入接口电平有变化，则启动接收USB3.0通道输入的图像数据，对USB3.0图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中。如果Camera link图像输入接口和USB3.0图像输入接口的电平都没有变化，而3G-SDI图像输入接口电平有变化，则启动接收3G-SDI通道输入的图像数据，对3G-SDI图像进行解码，在FPGA的控制下按帧、行同步、像素时钟和图像数据存入DDR3存储器中。

[0061] 装置中应用的Camera link输入图像转换流程如图3所示。接入Camera link接口的图像数据后，FPGA控制实现图像采集，进入Camera link专用解码芯片DS90CR288中，输出帧同步、行同步、像素时钟、图像数据信号，按帧存入采用DDR3存储器中。FPGA控制读取存储器中的数据，对CYUSB3014主控芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现USB3.0协议数据编码，由USB3.0图像数据输出接口输出图像。FPGA同时对LMH0387主控芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现SMPTE424M协议数据编码，由3G-SDI图像数据输出接口输出图像。

[0062] 装置中应用的USB3.0输入图像转换流程如图4所示。接入USB3.0接口的图像数据后，FPGA控制实现图像采集，进入USB3.0主控芯片CYUSB3014中，输出帧同步、行同步、像素时钟、图像数据信号，按帧存入采用DDR3存储器中。FPGA控制读取存储器中的数据，对DS90CR287专用编码芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现Camera link协议数据编码，由Camera link图像数据输出接口输出图像。FPGA同时对LMH0387主控芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现SMPTE424M协议数据编码，由3G-SDI图像数据输出接口输出图像。

[0063] 装置中应用的3G-SDI输入图像转换流程如图5所示。接入3G-SDI接口的图像数据后，FPGA控制实现图像采集，进入3G-SDI主控芯片LMH0387中，输出帧同步、行同步、像素时钟、图像数据信号，按帧存入采用DDR3存储器中。FPGA控制读取存储器中的数据，对CYUSB3014主控芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现USB3.0协议数据编码，由USB3.0图像数据输出接口输出图像。FPGA同时对DS90CR287专用编码芯片进行配置和操作，配合FPGA内部FIFO的读写操作，实现Camera link协议数据编码，由Camera link图像数据输出接口输出图像。

[0064] 本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。