[发明专利]多功能行走平台及其图像传输方法

摘要

多功能行走平台及其图像传输方法。多路视频采集系统为多个摄像头同时采集每帧图像的过程，那么图像信息作为传递和表达信息最有效的方式之一，数据量呈几何级数增长，如果不经过任何处理，其数据量会非常惊人。本发明方法包括移动装置（1），移动装置安装感知系统（2），感知系统通过以太网连接控制系统(3)；移动装置包括车身（4），车身连接一组支腿（5），支腿分别安装动轮（6）和万向轮（7）；所述的感知系统包括安装在电路板（8）上的中央处理器（9），所述的中央处理器连接图像压缩装置（10）、图像采集装置（11）、无线数据传输装置（12）、电源管理装置（13）和红外遥控装置（14）。本发明用于视频采集。

主权项

一种多功能行走平台，其组成包括：移动装置，其特征是：所述的移动装置安装感知系统，所述的感知系统通过以太网连接控制系统；所述的移动装置包括车身，所述的车身连接一组支腿，所述的支腿分别安装动轮和万向轮；所述的感知系统包括安装在电路板上的中央处理器，所述的中央处理器连接图像压缩装置、图像采集装置、无线数据传输装置、电源管理装置和红外遥控装置；所述的图像压缩装置还具有图像输入模块，所述的图像输入模块连接数据处理模块，所述的数据处理模块连接系统控制模块和数据存储模块；其中，所述的数据处理模块为两片并行的ADV212 芯片，所述的系统控制模块采用FPGA 芯片，所述的FPGA 芯片具有一组数据接口；所述的FPGA 芯片上配置EPCS16 芯片和SRAM 芯片，所述的图像输入模块主要接收端口输入的图像数据，系统中原始图像数据输入方式有两种：一是从 LVDS 端口输入，数据存储模块将接收到原始图像数据简单处理后传输给本系统；另一种从电路板上的视频接口，外接摄像头来采集原始图像数据；采用 LVDS 接收数据时，主控计算机将原始图像数据发送到数据存储模块，数据存储模块将原始图像数据缓存后，经数据接口传输给图像压缩处理模块进行压缩编码操作；采用视频接口采集数据时，则通过电路板上的摄像头接口上外接摄像头，来采集原始图像数据，再经由 ASIC 的 JPEG2000 图像压缩处理系统进行压缩编码；所述的ADV212 芯片对原始图像数据进行JPEG2000 压缩时，其中ADV212_0 进行亮度数据压缩，ADV212_1 进行色度数据压缩，最后将压缩后的数据合并成完整的JPEG2000数据流；所述的数据存储模块采用单纯图像存储的方式，之后将压缩编码后的图像数据存储在计算机内，再计通过算机软件，将存储的图像数据进行解码显示或进一步处理；所述的图像采集装置还具有总线复用器，所述的总线复用器连接一组视频解码芯片，所述的视频解码芯片连接CMOS摄像头，所述的CMOS 摄像头安装在所述的支腿上；所述的电源管理装置还具有TPS65053RGE 电源管理芯片，所述的TPS65053RGE 电源管理芯片连接TPS5430DDA 电源转换芯片；所述的TPS65053RGE 电源管理芯片具有 2 个降压转换器(DC/DC) 和 3 个低输入电压 LDO 的5 通道电源管理芯片； DC/DC1 输出 1000mA 的电流，DC/DC2 输出600mA 的电流；LDO1输出 400mA 的电流，LDO2 和 LDO3 输出 200mA 的电流，TPS65053RGE 同时支持通过使能引脚控制降压转换器的工作状态，因而通过对使能引脚进行控制来满足 TMS320DM365 的电压上电顺序要求；所述的红外遥控装置还具有MSP430 芯片，所述的MSP430 芯片连接红外接收器，所述的红外接收器连接远程红外遥控器；所述的MSP430 芯片还通过减速直流电机连接所述的动轮；所述的控制系统为远程PC 机，所述的感知系统的无线数据传输装置通过以太网连接控制系统的PC 机；所述的无线数据传输装置实现远程视频传输，将视频流通过以太网络传输到远程控制系统，同时系统开发调试时通过以太网络接口完成系统运行的操作系统内核和根文件系统镜像的下载，DM365 芯片内部集成以太网MAC 控制器（EMAC）和物理层数据输入输出管理模块（MDIO），其中 EMAC 控制着数据包从系统到 PHY 之间的传输流程，而 MDIO 模块负责 PHY 芯片的配置和状态检测；本系统采用的 PHY 芯片为 DM9161B，支持 10/100Mbps 快速以太网络通信；其中DM9161B 的TXEN 为发送使能信号，高电平有效时表示发送数据总线上数据有效，TXCLK 为发送时钟信号，用来为TXEN、TXD、TXER提供参考时钟，由PHY 芯片输出；COL 为冲突检测信号，用来检测PHY 芯片在半双工工作时数据总线上有没产生冲突，TXD[3:0] 为4 位的发送数据总线，RXD[3:0] 为4 位的接收数据总线，RXCLK 为接收时钟信号，用来为RXEN、RXD、RXER 提供参考时钟，由PHY 芯片输出，RXDV 为接收数据有效信号，高电平有效时表示接收数据总线上的数据有效，RXER 为接收数据错误信号，高电平有效时表示接收数据总线上数据存在错误，CRS 为状态输出信号，高电平时表明PHY 正在工作；MDIO 为数据I/O 管理信号，MDC 为数据时钟管理信号，直接与DM365 的MDIO相连；MDINTR 为中断状态输出信号，LINKSTS 为链路或线缆状态输出信号，分别和DM365 的GIO90和GIO92 连接，同时为了芯片正常工作，XT 和XT2 引脚与25MHz 的晶振相连接，TX+/TX‑ 为发送差分数据对，RX+/RX‑ 为接收差分数据对；在DM9161B 与RJ‑45 接口之间放置一个带厄流线圈的网络隔离变压器，本系统采用YL18‑2050S 隔离变压器，作用是将外部电路与DM9161B 隔离，以防止强电或静电烧毁器件，实现网络接口的热插拔；所述的多功能行走平台的图像传输方法如下所述：1）实现两片ADV21 初始化，使其工作在静态图像编码状态；2）系统控制模块的FPGA 芯片接收CMOS 摄像头接口输入的原始图像数据并缓存；3）将输入的YCbCr4:2:2 格式的原始图像数据分离成单独的亮度（Y）数据和色度（CbCr）数据；4）将两片ADV212 芯片压缩输出的亮度（Y）数据和色度（CrCb）数据的码流合并，形成完整的JPEG2000 数据流；5）压缩数据流通过无线接口传输到可接受设备；6）利用系统控制模块的FPGA 芯片，实时对CMOS 摄像头采集到的数据进行处理，并利用系统控制模块本身具有的ADV212 芯片，通过JPEG2000 压缩编码把图像组建成另外一组数据，此时中央处理器控制无线数据传输装置，把压缩编码的数据通过无线数据传输装置发射到可接受的控制系统；所述的远程控制系统再实时进行图像监控，并显示机器人的运行状态；所述的ADV212芯片在初始化时，内部大量的寄存器需要赋值，其初始化顺序首先从直接寄存器的配置开始，依次是：PLL 寄存器、BOOT 寄存器、MMODE 寄存器和BUSMODE 寄存器，之后装载固件，之后软件重启并保存设配置，重启之后重新设置BUSMODE 和MMODE 寄存器，并通过IADDR和IDATA 进行ADV212 芯片的压缩参数配置，设置完系统参数后再设置 DMA 寄存器，使能中断，通过读取应用ID 来检验固件装载是否正确，当确认固件装载正确后清除 EIRQFLG 寄存，初始化完成。