Bilddatenerfassung Komplette Framegrabber-Familie für PCI Express

Mit PCI-Express bekommen High-Speed-Anwendungen in der Bildverarbeitung jetzt richtig Schwung. Neue Framegrabber mit PCIe-Interfaces von Eltec für monochrome und Farbkameras, sorgen für Datenraten, die mit Firewire, USB und Gigabit-Ethernet nicht annähernd zu erreichen sind.

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ELTEC Elektronik AG

Der etablierte PCI-Bus mit einer maximalen Daten-Transferrate von 133 MByte/s stößt mittlerweile bei den steigenden Anforderungen an die schnellen I/O-Interfaces der Framegrabber-Boards der neuesten Generation langsam an seine Grenzen. Ein Grund für den Mainzer Bildverarbeitungs-Spezialisten Eltec Elektronik, mit einer kompletten Familie auf Basis des PCI-Express-Busses (PCIe) sein Portfolio im oberen Leistungsbereich abzurunden. Damit ergänzt er sein umfassendes, komplementäres Framegrabber-Angebot auf PCI-Basis (32 Bit/ 33 MHz) und PMC-Framegrabbern (PCI 2.2 kompatibel).

Hohe Übertragungsraten

Vorteil der neuen Bus-Architektur: Die minimale Geschwindigkeit von PCI-Express (x1 – ein Lane) ist etwa doppelt so hoch wie bei PCI. Wo solche hohen Übertragungsraten gebraucht werden, erklärt Geschäftsführer Dr. Reinhard Borst: „Wer mehrere hoch auflösende Kameras, egal ob analog oder digital, mit ihren Megapixel-Sensoren anschließen will, kommt schnell in diese Regionen: Bei 40 MHz Dotclock und bei acht Kameras ergeben sich schon 320 MByte/s Datenaufkommen, die nur mit einem x4-PCIe-Port zu bewältigen sind. Neuere CMOS-High-Speed-Sensoren übertreffen diese Datenraten noch leicht. Auch hier sind wir in ersten Projekten aktiv.“

Einfacheres Board-Design

Zu den weiteren Vorteilen gehört auch, dass sich PCI-Express kosteneffektiver implementieren lässt, bei reduzierten Kosten für die Steckverbinder. Bei dem seriellen Bus werden im Gegensatz zum parallelen PCI-Bus weniger Pins benötigt und auch das Board-Design gestaltet sich einfacher.

Eltec, der zu den Pionieren bei Framegrabbern für PCI-Express gehört, hat sein Produktportfolio deshalb ständig erweitert. Jetzt stehen bereits fünf verschiedene Boards – PC_EYE-Familie – zur Bilddatenerfassung auf Basis von PCIe zur Verfügung, und weitere Produkte sind in der Entwicklung. Das Hardware-Design der Grabber basiert auf FPGAs. Durch den Einsatz dieser programmierbaren Logikbausteine für die Erfassungs- und DMA-Steuerung sind flexible Spezifikationen je nach Applikation möglich. So lassen sich beispielsweise von speziellen Bildformaten bis zur JPEG-Kompression in Echtzeit verschiedene Lösungen erstellen, die beim Start des entsprechenden Grabbers nachgeladen werden können.

PC_EYE/SEC für Sicherheits- und Überwachungs-Anwendungen

Für die hohen Anforderungen bei Sicherheits- und Überwachungs-Anwendungen bietet Eltec den Framegrabber PC_EYE/SEC. Er ist dort prädestiniert, wo zwischen vielen Standard-Video-Kameras für eine möglichst lückenlose Darstellung schnell umgeschaltet werden muss. Die Bilderfassungskarte bietet JPEG-Kompressions-Hardware für 16 Kanäle, On-board-Kompression gemäß MPEG-4, einen On-board-Skalierer (1:1 bis 1:8) und den schnellen PCIe mit 250 MByte/s Bandbreite. Der Framegrabber erfasst die Daten von analogen Farbkameras über 16 parallele Eingänge. Die schnelle Kamera-Umschaltung erfolgt durch 16 AD-Wandler. So ist es auch möglich, Kameras im NTSC- und PAL-Format gemischt zu betreiben, und Wandler-Einstellungen wie Bildgröße, Helligkeit und Kontrast individuell einzustellen.

Das preisgünstige Framegrabber-Board PC_EYE/ASYNC

Das preisgünstige Framegrabber-Board PC_EYE/ASYNC kann in vielfältigen Applikationen bis vier monochrome Framegrabber-Boards ersetzen. In Bildverarbeitungs-Anwendungen, bei denen die Digitalisierung sofort nach dem externen Trigger-Signal beginnt, ist es oft erforderlich, Reset/Restart-Kameras einzusetzen. Dieser Betriebs-Modus wird für vier Kameras unterstützt. Vier asynchrone monochrome Eingangssignale mit 40 MHz und 8 Bit lassen sich mittels vier unabhängigen AD-Wandlern erfassen. Die gleichzeitige Erfassung bzw. Speicherung in den Haupt- und Grafikspeicher wird durch Echtzeit-DMA erreicht. Der Framegrabber unterstützt das PCIe(x1)-Interface mit mehr als der doppelten Datenrate als ein 32-Bit-PCI-Interface.

Maximale Pixel-Auflösung

Diese beiden Framegrabber sind dafür ausgelegt, Bilddaten von vier monochromen Kameras (Quadro Mode) bzw. einem RGB-Kanal gleichzeitig zu erfassen. Im Quadro-Mode werden die Kamerabilder als separate Monochrom-Bilder in einem 8-Bit-pro-Pixel-Format abgespeichert. Die typgleichen Kameras müssen dabei für diese Betriebsart synchronisiert sein. Im RGB-Mode belegt ein Pixel ein „Longword“. Weitere Features: vier unabhängige AD-Wandler mit 8 Bit Auflösung und 40 MHz, maximale Pixel-Auflösung 4096 x 4096, großer 256-MB-FIFO-Speicher und definierbare ROI auf Pixelbasis für alle Kanäle.

Der PC_EYE/MONO schließlich eignet sich für Anwendungen mit vier multiplexten Analog-Kameras – Analog-Kameras mit Reset/Restart und externe Trigger-Applikationen. Der AD-Wandler mit 8-Bit-Auflösung arbeitet mit 40 MHz.

Standpunkt

Dr. Reinhard Borst, Geschäftsführer, Eltec Elektronik: „Die meisten Desktop-PCs haben heute maximal vier Steckplätze mit jeweils einem x1-PCI Express-Interface, mehr gibt der Chipsatz meist nicht her. Diese neuen Steckplätze haben auch ihre Nachteile, da nun endgültig keine ISA-Slots mehr auf den Motherboards sind. Wer also bisher noch ISA-I/O, zum Beispiel für Schalteingänge, benutzt hat, muss jetzt auf PCI umstellen. Das wiederum kann dazu führen, dass nun die PCI-Steckplätze knapp werden. Dann bietet es sich an, die schnellsten Karten – und das sind fast immer die Framegrabber – auf PCIe umzustellen. Eltec hat aus genau diesem Grund schon bereits frühzeitig die ersten Umstellungen von PCI auf PCIe begleitet.“

ELTEC Elektronik, Tel. +49(0)6131 9180

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