实时存储（共5篇）
实时存储 篇1
0 引言
在航天航空技术领域,经常需要采集大容量高精度的红外图像信息,对于有些信息专业人员无法现场进行数据处理,只能先存储备份,然后读取分析采集到的图像数据并还原显示在计算机上。由于图像传输速度快、容量大,而Flash的存储速度一般不超过40 Mbyte/s,本文充分利用乒乓缓存的思想对高速数据流进行实时无缝缓存,避免了图像快速传输过程中的丢数现象,利用流水线技术写Flash,解决了Flash写入速度的限制。与传统的存储系统相比,该系统具有存储速度快、可靠性强、稳定性高、适用范围广等优点。
1 系统组成及设计框架
系统采用Altera公司Cyclone II系列EP2C35F484C6芯片作为主要控制核心[1],红外相机捕捉到的视频图像信号通过LVDS接口电路进入解码模块,经FPGA处理过的图像数据通过乒乓结构实时无缝缓存,最后用流水线写Flash技术将图像数据存储在NAND Flash闪存阵列。存储的图像数据在需要时可用分析软件通过FT245控制的USB 2.0接口读出并将图像显示在计算机上,系统组成框图如图1所示。
1.1 图像解码模块
本系统采用National公司差分接收芯片DS90CR216作为视频解码芯片,经LVDS接口电路解码后的信号主要有帧同步信号(vsync)、行同步信号(hsync)、像素时钟(mclk)以及8位数据,其中,像素时钟为29.5 MHz,行同步周期为64μs,高电平有效,每行有384个有效像素,帧同步周期为20 ms,高电平有效,每帧有289行有效数据,图像数据在时钟上升沿变化,因此选择2片128 kbyte的SRAM即可满足要求。解码后图像信号时序如图2所示。
1.2 数据无缝缓存设计流程
乒乓缓冲技术是FPGA设计中最常用的一种数据缓冲方法,其最大的特点是能实现实时无缝缓冲与节约缓冲区空间[2]。
本系统每秒传输50帧图像,每帧期间帧同步高电平时间约为18.5 ms,低电平时间约为1.5 ms,如果在帧同步低电平1.5 ms的时间内从SRAM中将数据转存至Flash,会产生丢数。因此,为了给数据处理单元赢得更多的处理时间[3],采用的乒乓缓冲模块工作流程为:当帧同步信号为高电平时,将经过FPGA处理过的图像数据写入SRAM1,同时地址计数器1开始递加计数,此时地址计数器的值一方面为FPGA数据处理模块提供触发参考,另一方面也为缓存空间提供了参考。当帧同步为低电平时,FPGA控制乒乓缓存逻辑切换总线开关,开始选择SRAM2为写空间,将SRAM1切换为读空间以读取缓存在SRAM1中的图像数据,此时地址计数器1开始递减计数,当SRAM1中的数据全部读出后,地址计数器1计数到0。当帧同步信号再次变高后,将图像数据写入SRAM2,地址计数器2递加计数,等待帧同步为低电平时,切换读写信号,选择SRAM2为读空间,SRAM1为写空间,开始读取SRAM2中的数据同时地址计数器2的值开始递减计数,同样当SRAM2中的数据全部读出后,地址计数器2计数到0。待帧同步又一次为高电平时,将图像数据写入SRAM1中,地址计数器1开始递加计数。如此循环切换读写空间,将缓存在2片SRAM中的数据读出并存入Flash中。乒乓操作读写时序如图3所示。
2 Flash阵列流水线存储流程
2.1 芯片简介
选用三星公司容量为1 Gbyte的闪存K9K8G08U0A,它由8 192个存储块组成,每个存储块分为64页,每页容量为2 kbyte,其外部有8个I/O引脚和6个信号管脚,而这8个I/O脚既是命令和地址的输入引脚,也是数据的输入输出端口。该闪存是一种高密度非易失性的存储器,主要特点为:1)读、写(编程)操作均以页为单位,擦除以块为单位。2)读取每页时间为20μs,页编程的典型时间是200μs,块擦除的典型时间是1.5 ms。3)页寄存器写入最低时间是50μs,页编程的最大时间是700μs,块擦除的最大时间是2 ms。由于每次进行页编程之前都需要写页地址,不难计算出写一页所需时间为250~750μs,写入的速度约2.600 0~7.812 5 Mbyte/s。实验证明,页编程的时间正是限制Flash存储速度的关键因素,因此在对其进行页编程操作时采用流水线技术来实现高速大容量Flash的存储[4]。
2.2 Flash存储设计流程
本系统所采用的流水线技术主要分为3个步骤实现:1)向Flash加载编程指令、地址以及数据;2)待加载完成之后,Flash芯片会自动执行将载入到页数据寄存器的数据写到内部存储单元的编程操作[5];3)当自动编程结束后,由FPGA下发“70h”读状态指令以检测Flash的I/O口最低位是否为“0”,如果是,表示编程成功,页计数器递加并继续对下一页编程,当页计数器从0加到63后,页计数器清0,块计数器加1,继续进行页编程操作,当块计数器递加至8 192块时,停止对Flash的页编程操作,等待上位机的读Flash指令。流水线存储的示意图如图4所示。
由于每次对Flash加载数据和地址后总是有大概200μs以上的时间花费在芯片编程上,所以可用多片1 Gbyte的Flash组成流水线工作模式:在第1片加载完成执行编程时可以加载第2片Flash,待第2片Flash编程时又加载第3片Flash,依此操作执行,实现时间的复用,缩短了Flash阵列的有效页编程时间,从而提高了写Flash的整体速度。如果工程项目要求写Flash的速度应为60 Mbyte/s,用5片Flash组成流水线操作模式,那么每片的速度应为12 Mbyte/s,经计算加载一页数据到Flash寄存器的时间大概为162.76μs,而700μs÷162.76μs≈4.3,所以采用5级本系统的流水线技术是可以满足设计要求的。
3 实验结果
本系统经多次实际存储红外相机捕捉视频图像的实验,用读数软件从Flash中将数据读取出来后再经过Matlab处理还原,验证了系统的可行性和可靠性。图5为捕捉到的一张男士挥手的红外图。
4 小结
实验结果表明,本系统具有以下优点:1)以FPGA为逻辑控制核心,采用乒乓缓存模块将红外相机下发的高速大容量数据进行缓存能避免因传输速度太快而出现数据丢帧的现象。采用流水线阵列存储,打破了传统存储方式下Flash存储速度不能超过40 Mbyte/s的束缚,实现了高速大容量存储技术的突破。2)系统占用体积小,成本低,硬件电路简单,调试方便,能完成大量视频数据的无缝缓存和实时存储。3)为高速大容量数据可靠记录、高速实时准确存储提供了有效的技术方案,并在多次实际应用中以其稳定、可靠的性能得到广泛的应用。
摘要：介绍了一种高速大容量固态存储器的组成机制和存储技术,以FPGA为逻辑控制单元,通过LVDS接口电路将红外相机采集到的图像数据经过乒乓结构实时无缝缓存,利用流水线写Flash技术提高了Flash写入的速度,可通过扩展Flash阵列来满足速度更高容量更大的存储要求。可用FT245控制的USB2.0接口读取Flash中的数据并上传至计算机,最后用分析软件可以清晰看到拍摄结果。结果表明,该系统稳定可靠地存储了高速传输的图像数据,具有较强的可行性和实用性。
关键词：现场可编程门阵列,乒乓结构,流水线,USB2.0
参考文献
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[3]谭树人,张茂军,徐伟.多传感器同步图像采集系统的设计[J].电视技术,2006,30(9):84-87.
[4]杨海涛,苏涛.基于FPGA的高速大容量固态存储设备设计[J].国外电子元器件,2007(5):68-72.
[5]刘瑞,黄鲁,陈楠.基于Flash的高速大容量固态存储系统设计[J].测控技术,2009,28(4):10-14.
实时存储 篇2
关键词：实时动态密钥,加密存储网,方案设计
1. 前言
随着计算机技术和网络技术的不断发展, 人们对信息和网络的依存度越来越高, 网络信息安全的问题也逐渐成为人们为之头疼的事情。网络数据的安全存储是保证信息机密性的重要应用, 网络安全主要是针对网络物理信道和传输协议的安全, 除此之外还有网络上的各种信息存储资源等。目前, 网络上所容纳的信息资源都具有拍字节, 不同的数据可以来自不同的数据源, 例如有来自半结构数据、无结构数据等。这些结构数据可以包含各种机密记录, 因此, 为了保存这些数据, 就必须拥有一个足够大容量的存储空间, 同时也需要一个良好的安全保密措施。为了保密这些数据的安全, 加密的方法就得到了引入和发展。
加密算法主要存在于标准实现, 例如DES、3DES, 还有一些网络安全协议和光纤通道的安全协议等。在进行加密处理的时候, 密钥的执行需要由某种安全加密策略生成加密器来确定, 在这一过程中, 为了维护加密操作的整个安全性, 就必须完全控制密钥生成的处理, 并放置到安全的地方, 从而形成有效的密钥数据管理措施。数据加密通过对明文进行复杂的加密操作, 以达到无法发现明文和密文之间、密文和密钥之间的内在关系。另一方面, DBMS要完成对数据库文件的管理和使用, 具有能够识别部分数据的条件。据此, 只能对数据库中的数据进行部分加密。其中, 索引字段是不能加密的, 因为数据库文件一般都会建立一些索引, 以方便查询, 它们的建立和应用必须是明文状态下的, 否则的话将失去索引的作用。其次, 关系运算的比较字段是不能加密的, DBMS要组织和完成关系运算, 参加并、差、积、商、投影、选择和连接等操作的数据一般都要经过条件筛选, 这种条件选择项必须是明文, 否则DBMS将无法进行比较筛选。
2. 存储网的加密
在整个的数据存储中, 一些静态的数据加密可以应用到数据中心的不同层次和级别上, 例如, 通过主机的之行来加密, 通过光纤信道的交换加密, 以及对应用软件的加密等实现数据的安全性等。
(1) 主机执行加密。在这过程中, 主机加密被附加在主机上的加密卡或者磁盘中, 由HBA的芯片在执行, 数据在离开主机前加密, 这样主机与磁盘阵列的信道就可能会是安全的, HBA加密是建立在HBA芯片基础上的硬件加密, 因此不会冲击硬件CPU的性能。
(2) 光纤信道的交换加密。光纤信道的交换加密是发生在阵列中的, 然后再由路由传到磁盘阵列上, 其最大的优点就是可以节约应用于加密的成本消耗。
(3) 应用软件的加密。应用软件的加密是被嵌入到了某个硬件中, 这种硬件通常从交换阵列到路由再到磁盘的数据传输通道。
在大规模的、高性能的存储系统中, 要求实现可扩展和高性能的存储安全技术, 是推动加密存储技术发展的动力。存储网的加密存储安全主要包括认证服务、数据加密存储以及安全管理等。其中, 访问控制服务是实现用户进行身份认证的过程, 其功能主要有:用户可以对经管员或文件所有者授权的文件进行操作;管理者也可对一些必要的管理进行操作, 例如一些用户管理、数据的备份等, 相反, 对于那些不能访问的用户加密的数据则不能进行操作。
3. 实时动态密钥的加密存储及其方案
3.1 加密存储的内容
加密存储是对指定的目录和文件所进行的加密, 在加密之后由进行保存的过程。它从整体上实现了敏感数据的存储和传输后的机密保护。加密存储的一个特点就是进行必要的安全维护, 比如, 采用用户帐户注册和注销, 对用户进行授权, 特殊情况对用户的权利进行收回等。安全日志的审计是用户记录系统与安全相关的活动事件, 通过密钥存储, 为系统管理员对必要的审计信息进行监督和管理。
3.2 双层密钥的获取结构
这种结构所获取的多是在帐户口令和主密钥之间存在的两级关系的映衬, 前一级是利用各帐户口令, 进行秘密信息获取的逻辑隐射;后一级是采用主密获取密钥的隐射。在这种处理方法中, 磁盘的主密钥和用户的口令是相互分离的, 磁盘的密钥所容纳的口令不会收到任何信息的影响, 为整个帐户的进入、密钥的恢复提供了基础的要素保障。
3.3 实时加密存储动态的密钥管理
一般来说, 要想进入到加密存储实时密钥管理的正常状态, 用户在登陆后, 第一步就是要获得磁盘的主密钥, 其方案系统的整个结构包括注册后的帐号, 注册的口令, 还有时间序数等。把这些结构组合起来, 就构成了一个逻辑的开关函数。整个函数所生成的磁盘密钥种子进入磁盘, 然后再次预设加密的模块检测, 防止用户在进行身份认证的时候发生错误。
3.4 实时动态的密钥计算设计方法。
实时动态密钥是指在每次的区域里进行写操作时, 如果时间允许, 再进行一次密钥, 在进行读操作时, 保持不变, 用读加密的操作来进行正常的运转, 然后取得一次加密的效果。整个磁盘的主密钥是由系统管理员来设置一个参数, 获得一组模块的素数之和, 没一个身份所对应的口令, 其时间序数可选择的ID, 为登陆者的身份, 而PW则是登陆的口令, 在通过加密密钥的验证处理之后, 得到的相应的密文, 会在磁盘上注入, 等到密钥建立以后, 用户可向系统管理员申请注册帐户和口令。登陆的用户获取了密钥之后, 再通过密钥验证数据, 就可判断出是否验证错误。
3.5 方案分析
首先, 对加密存储进行安全性的分析。安全性是针对外部攻击者和内部攻击者而提出来的。外部攻击是不是指没有帐户的用户攻击, 其主要攻击方还是扫描磁盘, 进而从磁盘中获得主密钥。
其次, 内部攻击者, 作为有账户的攻击者, 其主要攻击方法是通过口令攻击和假冒帐号攻击来实现的。在这种攻击中, 其必须获得磁盘的主密钥, 必须使用帐户和口令, 通过口令的检测。另外, 在无法证明攻击者能够借助自己的口令生成其他帐户口令的时候, 攻击者从口令获得的其他用户的口令概率不会高于猜测口令的概率。
从以上分析可以看出, 磁盘读取数据和写入数据的时间与调密码算法所花费的时间相比, 对整个加密系统来说, 都是一致的, 只是所需的额外的增加是在用户注册的设置逻辑口上的时间耗费。磁盘加密时所获得的磁盘主密钥是决定其他性能的关键因素。
4. 结束语
实时动态密钥的加密存储不仅对理论上的密码算法提出了要求, 而且还对实际应用上的获取和保存密钥提出了更多的要求。实时动态密钥加密存储是一项综合技术, 它具有强大的功能特效, 对整个网络的安全和信息安全有着非常重要的作用。
参考文献
[1]袁征, 温巧燕, 刁俊峰.基于水印和密码技术的数字版权保护模式[J].北京邮电大学学报, 2006, (05) .
[2]林琳, 罗安.基于网络安全的数据加密技术的研究[J].现代电子技术, 2004.
[3]张磊, 王丽娜, 王德军.一种网页防篡改的系统模型[J].武汉大学学报 (理学版) , 2009, (01) .
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[5]张蓉, 刘启茂.基于Lotus/Notes Domino的Web站点的设计与实现[J].计算机与数字工程, 2002, (06) .
实时存储 篇3
随着通信技术与计算机技术的发展, 可视电话, 电视会议等以信息采集、处理为核心的图片采集与视频传输系统已得到广泛应用。而就用户使用的时间而言, “图片和视频”应用已成为增长最快的移动应用。而在目前的移动平台中, Android是一个比较活跃和最有前景的手机平台。它是谷歌公司发布的一个开源移动平台, 由Linux内核、中间件、应用程序框架和应用软件组成, 是第一个可以完全定制、免费、开放的手机平台。同时, 利用Android系统的网络通信技术, 可以使得复杂的终端数据处理转移到远程的高性能服务器上, 这使得基于Android的移动终端有了更加宽广的发展空间, 使移动终端成为移动办公、移动商务和移动监控的重要工具。
本文以移动监控应用为背景, 提出一种基于Android平台的实时图像采集与图像的远程存储方案。采用Eclipse集成开发环境和用于Eclipse的Android Developer Tools插件工具作为开发平台, 在分析Android平台上实时捕捉和存储图像数据的基础上, 结合HTTP协议实现一套基于Android平台的实时图像采集与图像的远程存储系统, 以提高实时监控系统的移动性和方便性。
2 系统平台设计
2.1 系统结构图
如图1所示, 本系统采用C/S模式。Client端分为图像数据采集模块、图像数据本地存储模块和远程存储通信模块。Server端包括图像接收模块和管理模块。
图像数据采集模块用来捕获Android图像传感器所获得的数据并存储在位图中。本地存储模块将图像采集模块的位图数据转换成IO流, 创建并写入到新图像文件中。远程存储通信模块将本地存储模块所创建的图像文件转换成IO流并通过HTTP协议发送给远程服务器。远端服务器的图像接收模块通过解析HTTP数据流获得文件IO流, 创建并写入到新图像文件中。
2.2 图像采集和存储模块详细设计
2.2.1 Android手机平台图像采集
通过Android.hardware.Camera类的open方法开始拍照, 通过take Picture方法结束拍照, 最后在相应事件处理函数中处理图像数据。显示照片预览的影像容器一般是Surface Holder对象, 在拍摄时必须实现Surface Holder.Callback接口。Surface Holder.Callback接口中已经定义了surface Created、surface Destroyed、surface Changed三种方法。可以使用A nd roid.view.Su rfa ce Holder.Callback方法来将设置Surface Holder.Callback对象。影像显示在Surface View对象里, 通过get Holder方法来获取Surface Holder对象。在拍摄中使用Camera.auto Focus方法来实现自动对焦功能。
首先, 设置预览格式和Camera参数设置。然后, 启动预览服务。拍照事件被触发时, 停止预览。最后, 拍摄照片并输出位图。
对于本地存储模块的实现, 首先需要把位图转换为JPG格式文件流。然后, 将文件流写入SD上文件中。
Ca mera拍照后所返回的是所捕获帧数据, 通过使用Android.graphics.Bitmap Factory.decode Byte Array () 方法可以把相机传回的裸数据转换成Bitmap对象。使用Android.graphics.Bitmap.compress () 方法可以将位图数据转换成文件输出流数据。具体调用为m Bitmap.compress (Bitmap.Compress Format.JPEG, 100, os) ;整个流程如图2所示。
2.2.2 图像本地存储
图像的本地sd卡文件操作需要一定的权限。权限是一种Android平台安全机制, 旨在允许或限制应用程序访问受限的API和资源。默认情况下, Android应用程序没有被授予权限, 使得它们不能访问设备上的受保护API或资源。权限在安装期间通过manifest文件由应用程序请求, 由用户授予或不授予。
2.2.3 图像远程存储
由于HTTP协议简单, 使得HTTP服务器的程序规模小, 因而通信速度快且灵活。HTTP允许传输任意类型的数据对象, 传输的类型由Content-Type加以标记。协议具有无连接和无状态的特点。无连接:无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求, 并收到客户的应答后, 即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。无状态:HTTP协议是无状态协议。
本系统选用HTTP作为传输协议可以适用于2G、3G和WLAN环境。图像的发送和接受流程描述如下:
⑴客户端创建Http URLConnection, 打开数据连接。然后, 将JPG文件转换为数据流并发送流。
ds.write Bytes ("Content-Disposition:form“"na me="file1";filename=""+new Name+"""+end) , 执行上述语句即可发送参数, 其中发送文件, 用以下语句:ds.write Bytes (two Hyphens+boundary+two Hyphens+end) 。
⑵服务器接收流并还原成文件。
file Items=fu.parse Request (request) ;item write (f New) ;执行上述函数后即可将接收到的流写入文件。
2.3 系统演示
在Android手机终端运行系统后效果如图3所示。系统实时自动捕捉视频图像, 触碰屏幕或按下相机键, 程序捕获图像数据, 输入文件名并触碰保存按钮则保存图像文件至SD卡中, 同时将图像文件自动上传至远程服务器。图4是服务端程序接受图像的运行效果, 表示已成功接受图像。
3 结束语
本文重点叙述了实现基于Android平台的图像采集、处理和存储的关键实现技术。经测试, 基于Android平台的图像实时采集系统能够实时捕捉和远程存储移动终端采集的图像数据, 且图像清晰, 能够满足实时捕捉图像和处理图像应用的需求。
参考文献
[1]耿东久, 索岳, 陈渝, 等.基于Android手机的远程访问和控制系统[J].计算机应用, 2011, 31 (2) .
[2]林朋, 胡博伟.Android平台上图像数据上传及服务器接收图像的程序设计研究[J].计算机光盘软件与应用, 2011 (18) .
实时存储 篇4
关键词：云储存,移动应用,视音频实时预览
快速变化的外部环境、不断更新的信息资源、即时交流的业务需求, 不断促使着信息化的进程。在这个高节奏的社会中, 信息是否能得到及时获取和处理在很大程度上关系着企业的成败。
移动云存储平台通过云服务的应用模式, 提供了跨网络、跨终端的一体化存储、访问、分发的服务, 让企业员工彻底摆脱时间和地点的局限, 进一步提升企业的信息化水平。
1广电云移动存储平台的架构
广电云移动存储平台解决企业用户信息访问无处不在, 随时随地通过PC、手机、平板电脑来访问和共享文档、资料及相关企业应用, 安全、合理、高效的为用户提供存储资源。借助于无处不在的移动无线网络, 实现数据无处不在, 应用无处不在, 随时随地办公, 提高工作效率。
广电云存储移动平台整合现有的软硬件资源, 打造具有广电特色的、移动便捷的、安全私有的应用平台。从建设初期就总体规划建设一个有利于今后应用扩展的基础平台架构, 以移动互联网信息门户为统一接入平台, 在移动终端上安全集中地呈现企业各项移动应用。
为了解决企业用户信息访问无处不在、安全无处不在的需求, 云存储平台采用了“终端接入层+应用服务器云层+存储数据交换层+云存储数据单元层”核心硬件体系, 以及由趋势科技Safe Sync for Enterprise软件应用和防护体系, 来满足应用服务以及企业用户对于通过移动类终端进行数据的传输、存放、迁移和备份等多种诉求。
终端接入层:终端接入层包括有线接入和无线接入两个方面, 云盘服务包括存储备份、云端共享、打包传输、自动同步等功能, 将用户的需求提交给位于应用服务器云层的云盘。
应用服务器云层:应用服务器云层硬件构成由云盘应用服务器集群和数据库服务器集群组成, 应用软件平台包括操作系统平台和云存储应用服务器系统, 用来支持云盘应用服务, 提供上传下载、存储管理、对象操作、用户管理、认证授权、存储策略管理、统计等功能, 一对一共享、云端共享、磁力链接传输、自动同步、盘符形客户端等功能的同时, 对外提供访问接口。
存储数据交换层:采用双链路结构, 存储交换机进行双点配置, 采用IP SAN架构, 充分考虑存储数据交换的链路瓶颈, 采用端口汇聚、流控、负载等技术。
云存储数据单元层:云存储数据单元层由两台云存储分布管理服务器和多个云存储单元 (存储服务器) 组成, 通过云存储分布管理服务器配置的云存储分布管理系统对存储服务器组成的云存储集群池资源进行有效管理。云存储数据单元层设计上整合系统中所有可用存储资源通过云存储分布管理系统连接成池, 构造一个海量存储系统。
2广电云移动存储平台的安全设计
目前, 有多家互联网公司推出了公有云存储平台, 那么企业用户为什么要自建企业级的云存储平台?
通过企业云盘和共有云盘对比表可以看出, 企业云盘主要解决公共网络云盘系统数据安全性、保密性以及服务可持续性等方面的隐患, 在便捷性的同时确保存储信息安全和可靠。
广电云存储移动平台依托企业接入的互联网和办公网, 在互联网接入区域设立DMZ高安全区, 采取安全防护手段, 在无线互联网区和局域网不同安全域间构造了一个安全地带, 确保局域网内网的网络信息安全。在DMZ区内部署无线移动应用平台及云存储系统、监听监看回放系统等相关应用系统的外网访问服务器。
广电云存储移动平台是安全和开放的应用平台, 集成了各个移动信息化办公和节目生产管理系统应用的主体框架, 采用了LDAP统一认证, 不仅实现单点登录、分散授权、对外提供相关接口服务, 还可接收其它平台的消息、支持IOS和Android智能终端操作系统的交互, 支持调用其它第三方应用程序。在开发环境上, 前端采用HTML5体系结构、数据库使用企业级Oracle, 后台开发采用JAVA技术及J2EE体系架构, 保障系统的数据安全。
3广电云移动存储平台的关键技术
广电云存储移动平台不仅具有云盘的基本功能, 还具有广电行业的特色。
3.1团队文件夹提高团队协作力
现代化企业中, 团队协作往往成为企业成败的关键, 团队合作比独自工作更有效率。而团队协作中往往需要进行数据共享, 资料信息及时快速的送达。广电云存储移动平台提供了团队文件夹 (Team Folder) 分享的文件或文件夹。用户可以隶属于某个团队或多个团队, 这样用户可以便捷地浏览和维护这些授权团队文件夹中共享的文件信息;而当用户把文件上传到团队文件夹中, 所有团队成员都能第一时间获得新文件, 这样使所有团队成员能够实时获取版本更新, 保证队员间所持文件版本一致性, 提高与同事、客户和合作伙伴协同办公的效率, 有效提升团队协作力。团队文件夹还可以实现版本管理等功能, 用户可以便捷获取各个时期文件内容的变迁。
3.2视音频实时预览技术
广电行业需要存储和分享大量高品质的视音频文件, 但是这些高码率的视音频文件对于具有互联网的云存储平台是极大的挑战。为了让用户能够更便捷、实时地分享到视音频文件, 合理使用互联网的有限带宽, 需要第一时间在后台对上传到云存储中的视音频文件进行转码, 并以流媒体方式向用户提供这些视音频的预览, 让用户即使在有效的互联网带宽下也能流畅的搜寻、预览视音频资源。
广电云移动存储平台采用了FFmpeg开源跨平台的视频和音频流方案。FFmpeg集成录制、转换以及流化音视频的完整解决方案, 它是一个开源方案, 属于自由软件, 采用LGPL或GPL许可证。FFmpeg支持MPEG、Div X、MPEG4、AC3、DV、FLV等40多种编码, AVI、MPEG、OGG、Matroska、ASF等90多种解码。
FFmpeg包含了多项功能:
●Lib AVCodec:先进的音频/视频编解码库;
●Lib AVFilter:过滤器, 包括水印等功能;
●Lib AVFormat:mux/demux对音视频格式进行解析;
●Lib AVUtil:常用的算法工具函数库;
●Lib Postproc:视频预处理函数库;
●Lib Swscale:视频场景比例缩放、色彩空间映射转换等。
视音频实时预览技术主要依赖Lib AVCodec和Lib AVFormat功能库。Lib AVFormat是一个包含了所有的普通的音视频格式的解析器和产生器的库。它提供AVInput Format、AVOutput Format和AVFormat Context接口。
3.3与广电业务平台互联互通
广电行业正面临传统媒体和新兴媒体加速融合期, 强化互联网思维, 以互联网技术为依托, 充分利用新技术新应用创新媒体传播方式, 占领信息传播制高点, 挖掘移动互联网资源成为当前广电行业的共识。
广电云存储移动平台利用互联网资源和时空优势, 第一时间为传统业务和新媒体业务提供便捷快速的节目素材和新闻稿件, 推进节目形态及内容生产。
新兴媒体的崛起, 广电行业将产生更多的多媒体数据, 更多类型的业务系统, 更多跨平台的应用数据共享, 不仅对数据容量的要求越来越高, 同时作为广电重要资产, 数据的安全性也至关重要。云存储移动平台具备了海量存储容量、高扩展性、高安全性、数据共享功能, 可以轻松实现数据的安全备份和异地容灾。
4结论
实时存储 篇5
红外预警系统因其良好的抗电子干扰、被动探测目标和全天时工作的能力已经广泛应用于现代光电对抗战中,随着成像技术的发展和对预警要求的提高,红外预警系统图像捕获装置在单位时间内所采集的数据量不断增加[1,2]。为使预警系统能对原始图像与处理结果进行实时显示并将所有数据即时存入存储介质中,须设计基于高速接口协议的通信系统[3]。
实际工程应用中,系统硬件板卡与主控计算机间主要基于千兆以太网,USB,PCI, PCI-e等接口进行数据交互。其中PCI总线最高支持的通信速率为533 MByte/s,且为半双工模式;千兆网最高支持的通信速率为1 Gbit/s;USB2.0最高支持的通信速率为480 Mbit/s; USB3.0最高支持的通信速率为5 Gbit/s; PCI-e最高支持的通信速率为32 GByte/s。PCI-e所支持的最高通信速率远大于上述列举的其它方式所支持的最高通信速率,因此适合作为红外预警系统中数据输出与转存时的通信协议,并能很好的适应未来预警系统发展中对通信带宽的要求。
传统的基于PCI-e接口协议的通信方式都需要处理器结合接口控制芯片完成[4],随着可编程逻辑器件(FPGA)的不断发展,多种协议下的通信方式都可通过FPGA内核实现,使系统拥有高度集成化的特点。本文采用Xilinx公司的V5型FPGA芯片作为核心处理器设计了高速红外图像实时显示与存储系统,在处理器内核实现光纤通信与PCI-e通信的基础上,通过在主控计算机上运行相应的驱动程序和应用程序实现了高速红外图像的实时显示与存储功能。
1 系统方案
设计高速红外图像实时显示与存储系统如图1所示,系统工作流程为通信控制系统接收图像处理系统处理后的图像,将数据复制后通过基于PCI-e接口分两路发送至显示与存储系统,显示与存储系统将其中一路数据存入硬盘并将另一路数据转化为视频或图像。
其中通信控制系统采用基于FPGA芯片的数字电路系统实现,显示与存储系统则由工业控制计算机实现。系统功能框图如图2所示。在FPGA内部通过开辟内核资源构建光纤通信单元,数据缓存单元和PCI-e通信单元。光纤通信单元首先接收图像处理系统发送的图像信息,然后将接收到得数据存入数据缓存单元并进行数据复制,PCI-e通信单元将数据缓存单元中的图像信息在规定时间内发送至计算机端[5]。计算机通过PCI-e接口接收到数据后将其中一路数据写入硬盘,将另一路数据送入计算机显示卡中进行实时显示。
2 硬件设计
2.1 通信控制系统设计
结合图1,图2可以看出,通信控制系统由以FPGA芯片为核心器件的具有逻辑运算功能和接口控制功能的电路所组成。其中的数据通信功能和数据缓存功能均有FPGA开辟内部资源实现,因此设计时选取Xilinx公司的XC5VLX110T型高速FPGA芯片作为通信控制系统的核心元器件。XC5VLX110T型FPGA内部资源丰富,共有17 280个资源片,每个资源片内包括4个LUT和4个触发器;拥有64个DSP48E数字信号运算内核,其中每个内核都包括1个25×18的乘法器,1个加法器和1个累加器;此外该型号FPGA内部块RAM资源为5 328 kb,12个时钟管理模块,6个锁相环,1个PCI-e内核,4个以太网内核,680个可供用户使用的I/O资源。利用XC5VLX110T型FPGA内的功能内核和丰富的存储资源可以实现通信控制系统的各项功能,其功能框图如图3所示。
在FPGA内部开辟内核资源构建8B/10B解码单元,将接收到的光信号转化为并行的TTL电平信号,由于经解码所得的信号为Camera Link协议下的并行信号,FPGA需将其解码得到数字图像信息,并利用内核资源开辟存储空间分别建立数据缓存单元1和数据缓存单元2,数字图像信息首先存入数据缓存单元1中,经复制后转存至数据缓存单元2内,此时数据缓存单元2内存储的是数据信息完全一致的两组图像信息,FPGA通过其PCI-E内核分别将两组数据发送至显示与存储系统以实现对图像的存储和实时显示。
2.2 显示与存储系统设计
显示与存储系统的硬件采用研华公司生产的工业用控制计算机与飞利浦公司生产的48.3 cm液晶显示器,其中工控机CPU是主频为3.0 GHz的英特尔P4处理器,此外还配置了带有PCI-eX16插槽的PCE-5124型主板,4 GB容量的DDR2-SDRAM,带有VGA接口的容量为1 GB的显卡以及500 GB容量的硬盘。其功能框图如图4所示。
控制计算机首先通过其主板上的PCI-e接口接收通信控制系统发出的数据,操作人员通过键盘和鼠标向计算机发出相关命令后,计算机内存开始读入经PCI-e接口发来的数据并将每组数据分割还原为两路完全相同的图像信息,当需要完成实时存储功能时,操作人员通过键入命令使内存中的一路数据写入计算机硬盘中,当需要完成实时显示功能是,通过键入相关命令可使计算机内存中的另一路数据通过显卡显示在液晶屏上,如果需要同时完成显示与存储操作则同时执行上述存储与显示的相关操作。
3 时序设计
3.1 光纤通信单元时序设计
通信控制系统中FPGA内部的光纤通信单元工作过程为,光纤通信单元开始工作后首先初始化通信编码器,开始接收同步码,如果失败则持续接收直至同步成功,同步成功后,光纤通信单元将开始接收数据。在这一过程中,如果某个状态下因断电等原因停止工作,那么将回到初始状态。设计中,还可以加入一个挂起状态,当光纤链路中断且负责接收数据的光纤通信单元仍然处于供电状态的时候,将进入挂起状态。等待链路的恢复,恢复后,将回到接收同步码的状态,对是否恢复的检验将使用光模块提供的丢包检测信号。其中FPGA接收数据时的相关时序图如图5所示。
光纤通信单元接收到的是串行的8 B/10 B编码制式下的数据,因此FPGA需将其解码转换为符合Camera Link协议的并行的数字图像格式,将图像信息解码后存入数据缓存单元中。
3.2 PCI-e通信单元时序设计
PCI-e协议对设备的规范采用分层结构如图6所示,由事物层、数据链路层和物理层组成,各层都分为发送和接收两功能模块,图中设备A为通信控制系统即以FPGA为核心的电路系统,设备B为控制计算机。设备A中的各项功能由FPGA所开辟的PCI-e内核实现,设备B中的各项功能模块由计算机主板以及所编写的驱动程序实现,其工作时主要电平信号时序图如图7所示,设备间通过PCI-e协议进行通信时,其读过程和写过程中的主要信号时序图相同,通过控制命令可以直接控制设备间的读操作或写操作[6]。
4 仿真与实验
本文所设计的实时显示与存储系统由图8所示的V3IMG型数字图像处理平台与控制计算机实现。实验前首先通过仿真软件对相关信号时序进行仿真以验证设计的合理性和正确性。
4.1 光纤通信单元
光纤通信单元数据接收端信号仿真结果如图9所示,从图中可以看出接收端信号仿真结果符合设计要求,用示波器探测实验平台行信号测试引脚和场信号测试引脚结果如图10所示。
4.2 PCI-e通信单元
PCI-e实时显示与存储实验结果如图11所示,图11为控制计算机应用软件工作时的截图。红外相机在某场景下所拍摄到的图像可以实时的显示在软件界面的相关区域,同时软件能够显示存储端硬盘写入速度和PCI-e传输速度,实际实验时PCI-e接口数据传输速度为784 MByte/s,硬盘写入速度为30 MByte/s,能够将25帧/s分辨率为640×512的16 bit数据实时显示并存储在硬盘内。
5 结 论
本文设计并实现了基于PCI-e接口的红外图像实时显示与存储系统,通过FPGA内部资源实现了光线通信控制单元和PCI-e通信控制单元,取代了原有的采用相关控制芯片以实现功能的方法。所设计的系统实测通信能力为PCI-e接口数据传输速度在x1模式下为784 MByte/s,硬盘写入速度为30 MByte/s,所设计的实时显示与存储系统目前已成功应用于某周扫式红外预警系统中。
参考文献
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[2]郭志军.周扫式光电预警实时图像处理系统的研究[D].北京:中国科学院研究生院,2011:3-27.
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[4]叶金才.基于PCI-E接口的高速数字信号处理系统设计[J].微计算机信息,2011,27(5):104-110.
[5]李燕,汤心溢,葛军,等.基于高速光纤和PCI-E实时红外图像采集传输研究[J].半导体光电,2012,33(3):451-455.