Streaming CamLink over gigabit Ethernet

Abstract

Denne oppgaven gikk ut på å utvikle og lage en prototyp for overføring av video i sanntid fra grensesnittet Camera Link til gigabit Ethernet. Grensesnittet Camera Link med signaltypen LVDS egner seg lite for sending over store avstander, samt at kablene er meget dyre. Sending over Ethernet tilbyr en mer brukervennlig og sikker overføring. Dagens løsning hos oppdragsgiver Apto maritime AS, for overføring mellom Camera Link og Ethernet innebærer bruk av det hemmelige formatet GigEVision, der spesifikasjonen ikke er tilgjengelige. Oppdragsgiver ønsker å benytte et eget produkt i stedet for GigEVision som er spesifisert og som også vil redusere kostnadene ved produksjon av sitt totale produkt. Systemet er forsøkt laget så generelt som mulig, slik at det kan kobles til ulike kamera med Camera Link grensesnitt etter gitte spesifikasjoner. Utviklingen er gjort med FPGA?en Cyclone 3 på utviklingskortet DK-DEV-3C120N fra Altera, som har innebygget gigabit Ethernet. Systemet er teoretisk vurdert og godkjent opp mot sanntidskrav. Under oppgaven ble det oppdaget et tema som ikke var beskrevet på forhånd. Dette var fargefiltrering av piksler med Bayer teknikk samt interpolering av Bayer data for å gjenskape pikslenes originale farge. Det er utviklet en modul i systemet som utfører interpolering i HW og en overføringsprotokoll som sender pikseldata ut på gigabit Ethernet. Hele systemet er simulert i ModelSim-Altera og syntetiseringen er utført i Quartus II. Simulering viste at kombinatorikken i systemet fungerte feilfritt og modulene kommuniserte som planlagt. Camera Link signaler ble tatt inn, interpolert og sendt ut på gigabit Ethernet. Syntese viste at noen av modulene ikke innfrir frekvens kravet på 255MHz, og de modulene som må optimaliseres er identifisert. I tillegg ble det problemer med LVDS mottakerne på FPGA?en, slik at test av ferdig prototyp ikke ble gjennomført. Dette ga en spesifikasjon for nåværende system som er under kamerafrekvensen som ble satt for at sanntidskravet skulle bli innfridd. Systemet er laget for kamera med grensesnitt Camera Link base konfigurasjon, 8 bits Bayer- eller RGB data. Kameraet må ha Sony eller Kodak CCD brikke og kan ikke ha en pikselklokke over 3MHz etter at maks frekvens på en modul ble veldig lav. Systemet er beregnet på gigabit Ethernet og er designet for kamera med maks oppløsning på 2048x2048. Ved denne oppløsningen opprettholdes ikke kravet fra oppdragsgiver på minimum 25 bilder per sekund. For å opprettholde 25 bilder per sekund, kan ikke oppløsningen overstige et produkt som gir maks 1428570 piksler, som tilsvarer oppløsninger rundt 1300x1030.