Verlustfreie Komprimierung: Maximierung der Frameraten und Überwindung von GigE-Bandbreitenbeschränkungen

Wenn es von entscheidender Bedeutung ist, die meisten Details von einem beweglichen Ziel zu erhalten, suchen Systementwickler ständig nach Möglichkeiten, die Bildraten ohne Kompromisse bei der Bildqualität zu erhöhen, idealerweise zu minimalen oder ohne zusätzliche Kosten.

Einführung in die Funktion der verlustfreien Komprimierung

• Liefert bis zu 70 % höhere maximale Bildraten. Dank der reduzierten Bildgröße wird der Gesamtdurchsatz der Kamera reduziert, was eine höhere maximale Bildrate für GigE-Kameras ermöglicht, die über die standardmäßige GigE-Schnittstellenbandbreitenbeschränkung von ~120 MB/s hinausgehen.
• Erhöht die Anzahl der Kameras auf einem einzigen Bus. Bei geringerer Gesamtdatenübertragung über die Verbindung können Benutzer mehr Kameras an einem einzigen Bus anbringen, ohne die Bildqualität oder Bildrate der anderen Kamera(s) am selben Bus/Anschluss zu reduzieren, wodurch kein zusätzlicher Host-Adapter erforderlich ist, was außerdem die Kosten senkt.
• Minimiert die Speicherplatznutzung; es ist jetzt möglich, Bilder im komprimierten Format zu speichern, wodurch die Festplattennutzung auf dem Host-System reduziert und die zum Schreiben von Bildern auf die Festplatte erforderliche Zeit verkürzt wird.
• Erhält 100 % der Bilddaten aufrecht; kein Paketverlust
• Ist kostenlos! Keine zusätzlichen Kosten

Funktionsweise

Die verlustfreie Komprimierung ist eine Funktion, die bei ausgewählten Teledyne FLIR GigE-Bildverarbeitungskameras verfügbar ist, die unsere proprietären Algorithmen zum Komprimieren von Bilddaten verwenden. Die Komprimierung erfolgt auf der Kamera, bevor Daten an den Host übertragen werden. Dadurch können unsere Kameras Daten mit höheren maximalen Bildraten übertragen, eine geringere Bandbreite für die Datenübertragung nutzen und gleichzeitig 100 % der Bilddaten beibehalten. Sobald die Daten an den Host übertragen wurden, können sie dekomprimiert oder in ihrer kleineren, komprimierten Form gespeichert werden, um weniger Speicherplatz zu nutzen.

Wann man verlustfreie Komprimierung verwenden sollte

Bildverarbeitungssysteme, die in Bereichen wie Verkehrstelematik (Intelligent Traffic Systems, ITS), Anlagenautomatisierung, Inspektion, Robotik, Sportanalyse und anderen Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und/oder Auflösung eingesetzt werden, stoßen auf die natürlichen Bandbreitenbeschränkungen von Gigabit-Ethernet. Dies ist besonders in Anwendungen eine Herausforderung, bei denen mehrere an einen einzigen Switch angeschlossene GigE-Kameras verwendet werden. In solchen Anwendungsfällen sind Systemdesigner häufig gezwungen, mehrere Hostadapter zu verwenden, die zusätzliche Kosten und Fehlerquellen verursachen, oder Kompromisse bei der Auflösung und/oder Bildrate jeder Kamera einzugehen, um weiterhin einen einzigen Hostadapter verwenden zu können.

Verlustfreie Komprimierung ist in solchen Situationen besonders nützlich, da sie die von der Kamera übertragene Datenmenge reduziert und dadurch eine geringere Bandbreitennutzung und/oder höhere maximale Bildraten ermöglicht, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten: Die Kamerabandbreite kann die Bandbreitenbeschränkungen der Schnittstelle überschreiten, während 100 % der Bilddaten erhalten bleiben.

Beispielanwendungsfall mit mehreren GigE-Kameras

Um den Wert der verlustfreien Komprimierung zu demonstrieren, nehmen wir einen beispielhaften Anwendungsfall eines förderbandbasierten Systems, bei dem drei 5-MP-Kameras an verschiedenen Punkten entlang der Förderlinie platziert werden müssen. Zwei dieser Kameras müssen mit 20 FPS und eine dritte mit 30 FPS laufen, damit das System eine genaue Ausgabe liefert. Außerdem erfordern hier die industrielle Umgebung und die erforderliche Kabellänge den Einsatz von Gigabit-Ethernet.

Abbildung 1: Drei Standardkameras BFS-PGE-50S5C, die an einen Host-PC angeschlossen sind.

Ein solches System würde typischerweise wie in Abbildung 1 oben dargestellt aufgebaut werden. Der Host-PC wäre mit drei Gigabit-NICs (Netzwerkschnittstellenkarten) verbunden, eine für jede BFS-PGE-50S5 Kamera. Aufgrund der Bandbreitenbeschränkungen der Gigabit-Schnittstelle können die Kameras keine Netzwerkschnittstellenkarten gemeinsam nutzen (d. h., die Datenübertragungsanforderungen jeder Kamera würden nahe der Bandbreitenbeschränkung einer NIC liegen). Die dritte Kamera müsste aufgrund ihrer höheren Framerate-Anforderung auch bei der Auflösung Kompromisse eingehen, nur um innerhalb der verfügbaren Bandbreiten auf einer 1-GigE-NIC zu bleiben. Abgesehen davon, dass es sich bei 3 GigE-NICs um ein teureres Setup handelt, muss der Entwickler von Vision-Systemen immer noch Kompromisse bei den Bilddetails der dritten Kamera eingehen – kein für diese Anwendung optimales Ergebnis.

Abbildung 2: Mit verlustfreier Komprimierung; die „ausgegraute“ GigE-NIC wird nicht mehr benötigt.

Bei aktivierter verlustfreier Komprimierung (unter der Annahme einer Komprimierungsrate von 1:1,8) kann das gleiche System jetzt die ersten beiden Kameras auf einer einzigen Schnittstellenkarte betreiben, wodurch eine gesamte NIC aus dem vorherigen Setup eliminiert wird – das spart Platz, Fehlerquellen werden reduziert und es verringert die Gestaltungskosten. Die dritte Kamera könnte auch die erforderlichen 30 FPS bei voller 5-MP-Auflösung erreichen, während sie weniger Bandbreite benötigt als das vorherige Setup, was CPU-Ressourcen spart.

Um es zusammenzufassen; hilft die Aktivierung der verlustfreien Komprimierung, die maximale Bildrate der Kamera (bis zur Sensorgeschwindigkeit) zu erhöhen, ohne die Auflösung der Kamera zu verringern. Darüber hinaus werden auch weniger Daten über die Verbindung übertragen, was zu weniger Peripheriegeräten und einer geringeren CPU-Auslastung führt. Diese einzigartigen Funktionen reduzieren die Systemkosten, ermöglichen höhere Bildraten, niedrigere Fehlerpunkte und behalten 100 % der Bilddaten bei – ohne dass zusätzliche Kosten anfallen.

Unterstützte Kameramodelle

Die verlustfreie Komprimierungsfunktion ist für unsere beliebtesten Blackfly S GigE Modelle verfügbar:

Für detaillierte Anweisungen klicken Sie auf „So aktivieren Sie die verlustfreie Komprimierung“.

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