实现高带宽领域中的图像数据实时压缩
- 友思特 智能感知
- 20 9 月, 2023
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随着图像和视频数据在现代应用中的广泛使用,有效的数据处理和传输变得至关重要。然而,传统的数据采集方法往往面临着数据量大、传输速率慢等挑战。为了应对这些挑战,友思特 Gidel采集卡引入了基于FPGA的IP开发功能,旨在实时压缩传入的图像和视频数据。这项技术具有多种压缩模式,包括实时JPEG压缩和无损压缩,可根据不同应用的需求进行灵活配置。本文将深入探讨友思特 Gidel采集卡的压缩技术,以及如何在FPGA上高效实现图像和视频的压缩和解压缩,以提高数据处理效率和资源利用率。
01 基于高性能相机的实时JPEG压缩
由于采集卡采集图像具有数据量大,传输带宽高,传输速率慢等缺点,使用友思特 Gidel采集卡基于FPGA的IP开发功能,对传入的图像或视频进行实时压缩,将减少采集图像所需的存储空间,降低带宽的需求,提高传输速率。通过实时压缩,实现在有限的时间内减小图像和视频数据的大小,以便更有效地对数据进行存储、传输或处理。友思特 Gidel采集卡的IP开发功能对图像视频数据进行压缩方式主要包括两种:
1. 对于高性能相机的实时JPEG压缩。这种压缩方式可以有效减小图像数据的大小,同时保持较高的图像质量。
2. 对图像视频的无损压缩。这种压缩方式可以保证原始数据的完整性,适用于对图像质量要求较高的场景。
通过友思特 Gidel采集卡的JPEG压缩IP,可以在FPGA上实现高性能JPEG压缩,能够对传入的图像进行快速处理、同时具有较低延迟和紧凑的板载利用率。并且由于其紧凑性,可以在小型FPGA设备上实现压缩高性能相机的图像数据,也可以在单个较大的FPGA设备上实例化多次。其压缩IP主要包括一个主机接口和一个用于软件控制的API套件。
如图为友思特 Gidel的具有FPGA功能采集卡进行实时JPEG压缩的实现过程,JPEG IP的输入数据是YCbCr格式,也可以对传入的RGB、Mono等格式的数据通过转换器转换为YCbCr格式。图像/视频的压缩速率超过3.6G components/s,具体压缩程度可以通过存储大小和图像质量进行权衡调整。
图1
下表举例在540 MPixels/s和1.84 GPixels/s下使用4:2:2编码对传入的数据进行压缩后的压缩性能示例。压缩后图像吞吐量相比于压缩前减少了4倍,数据的延迟也仅为130uS。
图2
在主机端,用户可以对压缩数据进行解压,同时可以使用Gidel的API套件通过软件对压缩程度进行控制。
02 基于多类图像格式的无损压缩
友思特 Gidel采集卡的无损压缩IP针对FPGA的颜色滤波器阵列(CFA -例如Bayer),Mono和RGB图像和视频执行实时压缩。该IP能够以超过1G pixels/s的像素时钟速率压缩多相机/传感器数据,同时使用非常小的FPGA资源和最小的功耗,压缩效率高。主要的压缩方式有两种:
1. 压缩单个图像帧。
2. 使用I帧和P帧压缩视频。
图3
上图为友思特 Gidel的具有FPGA功能采集卡进行无损压缩的实现过程,输入数据包含多种图像格式。图像/视频的无损压缩速率超过1G Pixel/s,具体压缩程度可以通过存储大小和图像质量进行权衡调整。
下表列出在实际视频应用中实现了1:2.3的无损压缩比所需FPGA资源。
图4
在主机端,用户可以对压缩图像/视频进行解压,解压过程中的延迟小于单个帧周期,同时支持binning选项,减少图像大小和处理时间。