无损压缩: 最大限度提高帧率并超越 GigE 带宽的限制

作者：时间：2022-08-18来源：电子产品世界收藏

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/202208/437437.htm

在从移动目标获取最多细节至关重要的情况下，系统开发人员不断寻找在不影响图像质量的情况下提高帧率的方法，最好同时将成本降至最低或者不产生额外成本。

推出无损压缩功能

● 帧率最多可以提高 70%。由于图像大小减小，摄像头的总吞吐量降低，GigE 摄像头的最大帧率得以提高，超过了 120MB/s 左右的 GigE 接口带宽限制
● 增加单条总线上的摄像头数量。由于链路上的总体数据传输量降低，用户无需额外的主机适配器即可在单条总线上安装更多的摄像头，而不会降低同一总线/连接上其他摄像头的图像质量或帧率，从而可降低成本。
● 最大限度减小磁盘空间占用；现在可以以压缩格式保存图像，从而减少主机系统上的磁盘占用，并可缩短将图像写入磁盘所需的时间。
● 保留 100% 的图像数据；无丢包
● 免费！无额外成本

工作原理

无损压缩是部分 Teledyne FLIR GigE 机器视觉摄像头的一种功能，它采用我们的专有算法来压缩图像数据。在向主机传输数据之前，先在摄像头上进行压缩；这样，我们的摄像头就能以更高的最大帧率传输数据，从而可在保留 100% 图像数据的同时，利用较低的带宽进行数据传输。在数据传输到主机后，可以解压缩，或以体积较小的压缩格式保存，以减少磁盘空间占用。

什么时候采用无损压缩

部署于 ITS（智能交通系统）、工厂自动化、检验、机器人、运动分析以及其他高速和及（或）高分辨率应用等领域的视觉系统受制于千兆以太网带宽。在多个 GigE 摄像头连接单个交换机的应用中，这一限制尤为明显。这类用例的系统设计人员常常要用到多个主机适配器；产生更多成本和故障点，或需要降低每个摄像头的分辨率及（或）帧率方能继续使用单个主机适配器。

无损压缩针对此类应用减少了从摄像头传输的数据量，因而降低带宽使用率及（或）提高最大帧率，但又不影响图像质量。也就是说，摄像头带宽可以突破接口带宽限制，同时保证 100% 图像数据。

多 GigE 摄像头使用示例

为展示无损压缩的价值，我们以需要在沿线的不同位置放置三个 500 万像素摄像头的输送机系统作为应用示例。其中两个摄像头需要以 20FPS 的帧率运行，另一个以 30FPS 的帧率运行，以便系统能提供准确的输出。此外，在本例中，工业环境和所需的电缆长度均要求使用千兆以太网。

图 1：三个标准 BFS-PGE-50S5C 摄像头连接至一台 PC 主机。

这样的系统通常按以上图 1 所示那样设置。PC 主机连接至三个千兆 NIC（网络接口卡），每个 BFS-PGE-50S5 摄像头一个。由于千兆接口的带宽限制，摄像头无法共享网络接口卡（即每个摄像头的数据传输要求接近一个 NIC 的带宽限制）。第三台摄像头由于帧率要求更高，还必须在分辨率上做出妥协，以保持在 1GigE NIC 的可用带宽范围内。除了采用 3 个 GigE NIC 的设置更昂贵以外，视觉系统设计者还不得不牺牲第三个摄像头的图像细节 - 对于该应用场景而言，效果不太理想。

图 2：采用了无损压缩；不再需要“变灰的”GigE NIC。

在启用无损压缩（假设压缩比为 1 比 1.8）后，同样的系统现在可以在单个接口卡上运行前两个摄像头，免去之前设置中的一整个 NIC，这样就节省了空间、减少了故障点并降低了设计成本。第三台摄像头还能以 500 万像素的满分辨率实现所需的 30 FPS 帧率，同时占用的带宽也低于之前的设置，从而节省了 CPU 资源。

总之，启用无损压缩可以提高摄像头的最大帧率（最高能达到传感器的速度），而不会降低摄像头的分辨率。此外，这样还可以减少链路上的数据，从而减少外围设备并减少 CPU 的占用。这些独特的功能可降低系统成本，实现更高的帧率，减少故障点，并保留 100% 的图像数据，而不会产生任何额外成本。