Acquisition d'images via des interfaces numériques

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1 ORAL PROBATOIRE CNAM 2005 Acquisition d'images via des interfaces numériques Soidriddine MOUDERE 9 juillet 2005

2 Plan Contexte Interfaces numériques normalisées Performances Outils logiciels Conclusion Questions et réponses 2

3 Contexte : la chaine d'acquisition d'images Chaîne d'acquisition CAPTEUR D IMAGES Carte d acquisition carte d interface numérique OU carte d interface numérique ORDINATEUR pont Mémoire principale Bus système carte d affichage processeur ECRAN Bus d extension : Périphérique interne ou composant de la carte mère : bus d adresses/données : câble : matériel Chaine d'acquisition d'images avec un ordinateur 3

4 Interfaces numériques (1/3) : état de l'art État de l'art 1/2 Rappel historique : 1982 : Signal vidéo numérique (CCIR (1) 601 ou 4:2:2) Les interfaces numériques spécialisées Numérique parallèle tm CameraLink tm Les interfaces numériques généralistes Gigabit Ethernet Universal Serial Bus (USB 2.0) 2002 IEEE (2) 1394 (ilink tm oufirewire tm ) 1995 (1) CCIR : Comité Consultatif International de Radiodiffusion (2) IEEE : Institute of the Electrical and Electronics Engineers 4

5 Interfaces numériques (2/3) : le monde informatique État de l'art (2/2) Interfaces spécifiques non présentes en standard sur les ordinateurs Une seule topologie (étoile) pour le bus USB ; topologies complexes réalisables avec le Gigabit Ethernet et l'ieee 1394 Seul l'ieee 1394 a été conçu pour le tranport de signaux vidéo IEEE 1394 est théoriquement le plus rapide Interface Débits théoriques en Mbit/s IEEE 1394 De 100 à 3200 USB De 1,5 à 480 Gigabit Ethernet 640 5

6 Interfaces numériques (3/3) : protocoles de transport État de l'art Transport vidéo DCAM (Digital CAMera) destiné aux scientifiques et industriels transfert asynchrone pour paramétrer la caméra transfert isochrone de signaux vidéo 4:2:2 non comprimé DV (Digital Vidéo) destiné au grand public (caméscope numérique) compression 5:1 du flux vidéo (variante de M-JPEG (1) ) débit de 25 Mbit/s (DV25) (1) M-JPEG : Motion-Joint Photo Expert Group 6

7 Les approches Performances (1/3) : les différentes approches Selon le protocole de transport : DCAM vs DV Format 720x576 à 30 images/s Débit en Mbit/s % de la bande passante IEEE 1394a-s400 DCAM : 4 :2 :2 non compressé % DV : compression 5: % Selon le format vidéo (structure des pixels) Format image 640x480 à 30 images/s Octets par pixel Débit en Mbit/s % de la bande passante IEEE 1994a-s400 RVB % YUV (4 :2 :2) % YUV (4 :1 :1) 1, % Monochrome (4 :2 :2) % 7

8 Performances (2/3) : bande passante utilisée de l'interface Les approches % de bande passante 1394 Trade Association, juillet 2000, IIDC 1394-based Digital Camera Specification, ta.org, 52p 8

9 Performances (3/3) : contraintes architecturales Les approches % de bande passante Les contraintes CAPTEUR D IMAGES 1. Transfert isochrone des images carte d interface numérique 5. Transfert (DMA) dans la carte d affichage carte d affichage ORDINATEUR 2. Transfert (DMA) dans la mémoire applicative pont Bus système Mémoire principale 3. Pré traitements Mise en forme des pixels 4. Traitement applicatif : Périphérique interne ou composant de la carte mère : bus d adresses/données : câble ECRAN : matériel Bus d extension processeur Chaine d'acquisition d'images avec traitement des images Etapes Maillons Normes Débits max en Gbit/s 1 Interface numérique IEEE 1394a-400 0,4 IEEE 1394b-s3200 3,2 2 et 5 Bus d extension PCI 1 PCI Express 60 3 et 4 Mémoire principale SDRAM PC133 8 DDR

10 Outils logiciels caractéristiques Outils logiciels (1/3) : caractéristiques Fonctionnalités et paramètres de la caméra (ou du caméscope) définis par les normes DCAM et DV Outils logiciels propres à une famille de système d'exploitation Outils logiciels portables par les cadriciels (FrameWork) Java Media FrameWork (JMF) Comon Vision Blox (CVB) 10

11 Outils logiciels (2/3) : architecture logicielle sous GNU/Linux Linux : supporte exclusivement l'ieee 1394 Bibliothèques : libdv (DV ; caméscope), libdc (DCAM ; caméra) Applications : Coriander, DvGrab Outils logiciels Caractéristiques Linux Espace utilisateur Application libdc1394 Bibliothèque haut niveau libraw1394 Bibliothèque bas niveau raw1394 Espace noyau video1394 ieee1394 Module du noyau Linux ohci1394 Matériel IEEE 1394 Les logiciels Linux pour l'acquisition vidéo numérique IEEE

12 Outils logiciels (3/3) : architecture logicielle sous Windows Microsoft Windows : Bibliothèques : DirectShow (DirectX), ActiveDCAM Applications : GraphEdit, AMCap, DVapp Outils logiciels Caractéristiques Linux Windows Espace utilisateur Application DirectX DirectShow Espace noyau WDM Classe Stream Capture analogique Minidriver pour PCI Capture numérique Minidriver pour USB Capture numérique Minidriver pour 1394 Carte PCI USB IEEE 1394 Matériel Les couches logicielles pour l'acquisition d'images sous Windows 12

13 Outils logiciels Conclusion Conclusion Interface numérique IEEE 1394 est la plus répandue ; ceci est du à une conception normalisée du support physique et du transport qui est respectée par les constructeurs. Performance et cadence d'acquisition d'images sont contraints par toute la chaîne d'acquisition d'images donc ne se limitent pas à l'interface numérique. Perspectives la normalisation du transport sur l'usb devrait lui permettre de rattraper l'ieee compte tenu de la forte présence de l'ethernet dans le monde informatique, il devrait finir par combler son retard 13

14 Outils logiciels Conclusion Bibliographie Bibliographie : ouvrages 1394 Trade Association, juillet 2000, IIDC 1394-based Digital Camera Specification, 52p MOUDERE S ; 2005 ; Acquisition d'images via des interfaces numériques ; Mémoire probatoire ; CNAM ; 27p Bibliographie : référence Web [WEB_1] DirectShow system overview [WEB_02] Bibliothèque libdc1394, [WEB_03] Comon Vision Blox, CVB, 14