图像采集存储系统选择应考虑的几大要素

　　随着工业相机的发展，图像的分辨率越来越大，帧率越来越高，接口的类型越来越多样，以至图像采集存储系统的需求也越来越多。所以用户在选择图像采集存储系统时，需要考虑诸多要素。本文章主要针对图像采集存储系统的各要素展开介绍，方便用户进行选择。

　　图像采集存储系统的接口类型

　　目前常见的相机输出接口有CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、CameraLink、HS-LINK、CoaXPress等。现在对接口一一介绍：

　　CVBS是Composite Video Broadcast Signal的缩写，中文翻译为复合视频广播信号。这是最常见的视频接口，最初在广播电视领域应用，后来很多相机输出都支持了CVBS接口，CVBS信号是隔行视频信号，分辨率为720x576（PAL制）或者720X480（NTSC制），CVBS是标清模拟视频信号接口，目前已经逐步被数字视频信号接口和高清视频信号接口替换掉。

　　VGA是VideoGraphicsArray的缩写，是计算机的常用模拟输出接口。常见的分辨率有1024x768、1280x1024、1600x1200。目前一部分工业相机也提供这种输出接口，可以直接接液晶显示器进行显示监看。常见的VGA信号的视频在数字化后时钟主频一般不超过162MHz，传输的图像数据率一般不超过3.7Gbps。

　　DVI是Digital Visual Interface的缩写，也是计算机的常用输出接口，该接口是数字接口，VGA接口输出的是模拟信号，经过显卡的DA转换，再经过显示器的AD转换后，会有一部分损失，而DVI信号是纯数字接口，没有信号上的损失。随着时间的发展，DVI接口在计算机领域越来越广泛，目前有部分工业相机也提供DVI接口，可以直接接液晶显示器进行显示监看。单口的DVI最大时钟频率：165MHz，传输的图像数据率一般不超过3.7Gbps。

　　HDMI是High Definition Multimedia Interface的缩写，是数字高清多媒体接口。HDMI接口一开始主要应用于机顶盒、媒体播放机、电视机、摄像机输出等消费领域，因为HDMI兼容DVI接口，同时HDMI可以内嵌声音，所以HDMI接口应用越来越广泛，同时HDMI接口的连接器体积小，现在很多工业相机也开始使用HDMI作为信号输出口。HDMI1.2的最大视频带宽为3.96Gbps，这在工业相机应用比较广泛，但是在消费电子领域HDMI目前已经发展到2.0版本，最大视频带宽为14.4Gbps，随着时间的发展，很多高速相机也会采用该接口作为图像输出口。HDMI接口的最大缺点就是紧固性不好，所以如果相机需要移动的话，容易导致信号接触不良。

　　SDI是Serial Digital Interface的缩写，是一种广播级的高清数字输入和输出端口，常用于广播电视的摄像机接口，SDI接口的传输速率上限为2.97Gbps。SDI接口采用和CVBS接口一样的BNC接口，采用单根铜轴进行信号传输，布线施工非常方便，传输距离可达300米，在最初的广电领域和安防领域非常受欢迎。　　Camera link标准规范了数字摄像机和图像采集卡之间的接口，采用了统一的物理接插件和线缆定义。Camera link包括Base，Medium，Full三种规范。Camera Link Base使用4个数据通道，Medium使用了8个数据通道，Full使用12个数据通道。Camera link接口的始终速率最快是85MHz，则Base的有效带宽为2Gbps，Medium的有效带宽4Gbps，Full的有效带宽5.3Gbps。最近Camera link又新增加了规范Camera link Full+，支持80MHz，传输80bit数据，带宽可达6.4Gbps。

　　HS-LINK接口是由DALSA公司牵头定义，支持更高速的传输带宽，单一线缆为CameraLink的4倍，信号协议与CameraLink兼容，也可称为CameraLink-HS。CameraLink-HS的最大传输带宽可达12Gpbs。

　　CoaXPress该标准容许相机设备通过单根同轴电缆连接到主机，以高达6.25G比特/秒的速度传输数据，4根线缆可达25Gbit/s。标准同轴电缆和带宽的采用，使得CoaXPress不仅可以引起机器视觉应用领域的兴趣，还适合广泛采用同轴电缆的医疗与安保市场的应用。

　　目前在视频会议领域CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI使用最广泛，在广播电视领域CVBS、HDMI、SDI使用最广泛，在安防领域CVBS、SDI使用最广泛，在上述3个领域，大部分领域都有图像采集存储的需求，这几个领域的图像主要都是满足娱乐、欣赏、监测等需求，所以图像经过压缩之后，大部分还能满足观看的需求，而图像一旦经过压缩，数据量将大幅减少，比如常见的1080P30的视频，经过H.264算法的压缩，码率一般能控制在8Mbps，亦即1MB/s量级，数据带宽很小，所以用常规的嵌入式主控芯片，ARM等即可实现存储的需求，如果并发路数很多，则只需要用高性能的ARM系统或者PC系统即可。

　　在工业领域和军用领域，目前标清分辨率的相机大部分为CVBS和CameralinkBase接口。而高分辨率的领域，目前使用最广泛的是SDI和Cameralink接口，目前还推出了HS-LINK、CoaxPress等更高带宽接口。在这个领域，对图像的画质要求非常的高，往往不能对图像进行压缩，相机输出的带宽非常高，所以需要采用高速图像采集存储系统来实现图像存储的目的。

　　高速图像采集存储系统的架构

　　高速图像采集存储系统一般分为两类，一类是基于PC机的图像采集存储系统，一类是嵌入式的图像采集存储系统。　　基于PC机的图像采集存储系统一般由硬件部分和采集存储、回放软件部分组成。硬件部分一般由一台PC机和显示器组成，PC机则集成了图像采集卡、高速存储卡。常见的高速存储卡有基于PCIE的固态盘也有基于SATA的固态盘。软件部分一般由图像采集卡的驱动程序，图像采集程序，图像存储卡的驱动程序，图像存储卡的数据写入和读出程序及图像回放软件（播放器软件）组成。部署在PC机上的软件实时的把采集到的图像显示和存储。

　　嵌入式的图像采集存储系统，一般由ARM+SSD或者FPGA+FLASH或者FPGA+SSD组成，ARM+基于SATA接口的SSD系统相对比较容易实现，但是因为ARM的IO吞吐能力一般都不高，所以一般只能保证50-60MB/s的硬盘写入速度，由于ARM上运行的linux不是强实时操作系统，所以对于需要保证实时图像采集存储的场合，ARM+SSD系统一般不能适用。

　　FPGA+FLASH是早期的嵌入式图像采集存储系统中主流的解决方案，当时单片FLASH的容量一般都不大，如果要支持大容量的存储，还得用FLASH阵列，FPGA+FLASH架构的产品，结构的设计可以非常灵活，因为系统全部由芯片组成，所以在军用领域使用的尤其多，但是FPGA+FLASH架构的产品需要通过更换FLASH芯片达到扩容目的，更换容量相对不那么方便，在目前高速发展的工业相机领域，难以满足各式各样的需求，所以慢慢的就被FPGA+基于SATA接口的SSD架构的产品替代。

　　FPGA+SSD的产品采用的是标准SATA接口的固态盘，所以在容量的选择上非常的灵活，同时基于SATA接口的固态盘目前是非常成熟的标准产品，这种标准产品紧跟摩尔定律的发展，容量扩增非常的快，价格下降的也非常快，性价比很高，所以采用FPGA+SSD架构的产品要比FPGA+FLASH架构的产品性价比高很多。

　　基于PC机的图像采集存储系统通常适用于科研实验室的环境，对设备的体积要求不高，功耗要求不高，主要为科研人员提供相机采集后的图像。

　　航空拍摄领域对存储设备提出了苛刻的要求，国内外的一些企业主要是通过工控计算机+定制专用的FLASH存储板卡的架构来满足该需求，产品的订制成本非常的高，同时采用该架构的设备体积大，功耗大。嵌入式的图像采集存储系统具有体积小，功耗低，能满足航拍领域特殊的振动要求，在航拍领域广受欢迎。同时有些场合，需要在户外用工业相机进行图像采集实验，需要携带图像采集存储系统，基于PC机的图像采集存储系统体积大，功耗大，携带非常不方便，此时，也会考虑使用嵌入式的图像采集存储系统。