一种多通道CMOS传感器像素数据采集方法和装置与流程

本发明涉及一种多通道cmos传感器像素数据采集方法和装置，尤其涉及对于多通道cmos图像传感器像素数据采集时，fifo访问带宽的提升方法。属于fpga应用领域。

背景技术：

1、不同于常规cmos图像传感器，多数据通道cmos传感器通过多个数据传输通道传输图像像素数据，每个通道传输一行图像中的像素数据，图像采集时序如图1所示。如果把图像按从左到右作为x轴正向，从上到下作为y轴正向进行排列，则图像像素数据与图像传输通道关系如图2所示。因同一行内(y坐标相同)m个像素数据会通过m个通道传输，也会在同一时刻同步到达采集器件，因此需将几个通道数据同时暂存到不同存储器内，如需将像素数据重新组合成完整图像或进行其他处理，则需再按x，y坐标相应顺序从不同存储器内读取数据。

2、因fpga具有良好的硬件可定制性，灵活的实现各种处理功能和较高的处理带宽，因此常作为cmos图像传感器作的采集处理器件，通过fpga片内丰富的rom，ram或fifo等资源，可以灵活的构造出暂存多通道cmos图像像素数据的存储器，并进行数据处理。对于多通道图像传感器图像数据的采集，一般对应每个传输通道会使用fifo或移位寄存器等暂存数据，待暂存图像完整一行像素数据后按像素对应位置关系顺序读出，再进行处理。

3、较高的fifo读取带宽对于数据量较大的场景是必要的。提升读取fifo带宽方法有很多，如提高写入数据位宽至2倍或更高，增加处理时钟频率等，这些方法较为简单，但提高写入位宽会造成数据采集逻辑更加复杂，也需要使用较多资源；而提升时钟频率也不是无限度的，往往会受到器件性能的制约，且提高时钟频率会降低系统时序特性裕度及时序稳定性。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种多通道cmos传感器像素数据采集方法和装置，即在相同时钟下获得更高的带宽，较好地解决多通道cmos传感器采集系统的带宽限制问题。

2、本发明解决技术的方案是：一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，该方法包括如下步骤：

3、将多通道cmos传感器的像素数据位宽w，传输通道数m，每行每通道传输像素数n表示为如下形式：

4、n＝n'×2n

5、m＝m'×2m

6、其中，n,m＝0,1,2...，n'和m'为奇数；

7、从通道0开始，将每k通道分为一组，图像传感器全部m通道共分成m/k组，其中k为m约数，选择k为2的整数次幂，令k＝2k，有k≤m；

8、每组k个通道传输的像素数量为n×k＝n'×2n×2k＝n'×2n+k；

9、每个通道都采用一个fifo进行传输，fifo写入位宽为w，按照w×t的位宽读取，使得fifo带宽提升倍数为t，当fifo最大读取位宽为写入位宽的2t倍时，t最大值为2t。

10、优选地，当n≥t时，取n＝t,k＝0,有t＝2t。

11、优选地，当n＜t，m＞0，且m+n≥t时,取k＝t-n,有t＝2t＝2n+k。

12、优选地，当n＜t，m＞0，且m+n＜t时，取k＝m，有t＝2t＝2n+m。

13、优选地，当n＜t，m＝0时，取k＝m＝0，有t＝2n＝20。

14、优选地，每组k个通道的数据传输分为三个阶段：

15、第一阶段，每个通道对应存储一行像素，该行像素分为两部分，前一部分像素暂存起来写入寄存器，后一部分像素依次写入fifo，写入寄存器和fifo中的像素如下:

16、

17、

18、第二阶段，通道k-1～通道1暂存的像素数据对应追加到通道k-2～通道0的fifo中；

19、第三阶段，组内全部通道fifo同步按w×2t位宽读出。

20、优选地，前一部分像素暂存在寄存器，ram，fifo中。

21、优选地，所述fifo为基于block ram资源构造的异步fifo。

22、优选地，当fpga为xilinx kintex 7系列fpga时，倍数t为8。

23、本发明的另一个技术方案是：一种多通道cmos传感器像素数据采集装置，该装置包括m个fifo，每个通道对应一个fifo，从通道0开始，将每k通道分为一组，图像传感器全部m通道共分成m/k组，每组k个通道的数据传输分为三个阶段：

24、第一阶段，每个通道对应存储一行像素，该行像素分为两部分，前一部分像素暂存起来写入寄存器，后一部分像素依次写入fifo，写入寄存器和fifo中的像素如下:

25、

26、

27、第二阶段，通道k-1～通道1暂存的像素数据对应追加到通道k-2～通道0的fifo中；

28、第三阶段，组内全部通道fifo同步按w×2t位宽读出。

29、本发明与现有技术相比的有益效果是：

30、(1)、本发明在不改变时钟频率情况下，通过增加较少资源作为像素缓存结构，修改读取时序并调整fifo实际存储像素数量，使得fifo可以更高位宽读取，即在相同时钟下获得更高的带宽，较好解决了多通道cmos传感器采集系统的带宽限制问题。

31、(2)、本发明的在一定条件下，本发明方法可在fpga设计中有效构造出具有更高读取位宽的fifo，对于需要更高处理带宽的cmos传感器采集系统，可在使用较少资源情况下，获得相对较高的带宽提升。

技术特征：

1.一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于当n≥t时，取n＝t,k＝0,有t＝2t。

3.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于当n＜t，m＞0，且m+n≥t时,取k＝t-n,有t＝2t＝2n+k。

4.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于当n＜t，m＞0，且m+n＜t时，取k＝m，有t＝2t＝2n+m。

5.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于当n＜t，m＝0时，取k＝m＝0，有t＝2n＝20。

6.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于每组k个通道的数据传输分为三个阶段：

7.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于前一部分像素暂存在寄存器，ram，fifo中。

8.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于所述fifo为基于block ram资源构造的异步fifo。

9.根据权利要求1所述的一种多通道cmos传感器像素数据采集方法，其特征在于当fpga为xilinx kintex 7系列fpga时，倍数t为8。

10.一种多通道cmos传感器像素数据采集装置，其特征在于包括m个fifo，每个通道对应一个fifo，从通道0开始，将每k通道分为一组，图像传感器全部m通道共分成m/k组，每组k个通道的数据传输分为三个阶段：

技术总结
本发明涉及一种多通道CMOS传感器像素数据采集方法和装置，该方法将多通道CMOS传感器的像素数据位宽W，传输通道数M，每行每通道传输像素数N表示为如下形式：N＝N'×2n，M＝M'×2m，其中，n,m＝0,1,2...，N'和M'为奇数；从通道0开始，将每K通道分为一组，图像传感器全部M通道共分成M/K组，其中K为M约数，选择K为2的整数次幂，令K＝2k，有k≤m；每组K个通道传输的像素数量为N×K＝N'×2n×2k＝N'×2n+k；每个通道都采用一个FIFO进行传输，FIFO写入位宽为W，按照W×T的位宽读取，使得FIFO带宽提升倍数为T，当FIFO最大读取位宽为写入位宽的2t倍时，T最大值为2t。

技术研发人员：王启久,王俊丰,靳尧凯
受保护的技术使用者：赛思倍斯（绍兴）智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15