Compressão sem perdas: Maximização das taxas de quadros e superação das limitações de largura de banda de GigE

Quando obter a maior quantidade de detalhes de um alvo em movimento é fundamental, os desenvolvedores de sistemas constantemente procuram maneiras de aumentar as taxas de quadros sem comprometer a qualidade da imagem, de preferência a um custo mínimo ou sem custo extra.

Apresentando o recurso de compressão sem perdas

• Proporciona taxas de quadros máximas mais altas de até 70%. Graças ao tamanho reduzido da imagem, a taxa de transferência geral da câmera é reduzida, permitindo uma taxa de quadros máxima aumentada para câmeras GigE que supera a limitação de largura de banda padrão da interface GigE de 120 MB/s.
• Aumenta o número de câmeras em um único barramento. Com uma transmissão de dados geral mais baixa pelo link, os usuários podem acomodar mais câmeras em um único barramento sem reduzir a qualidade da imagem ou a taxa de quadros das outras câmeras no mesmo barramento ou na mesma conexão, eliminando a necessidade de um adaptador de host adicional e, portanto, reduzindo o custo.
• Minimiza o uso do espaço em disco; agora é possível salvar imagens no formato compactado, reduzindo o uso do disco no sistema do host e diminuindo o tempo necessário para gravar imagens no disco.
• Mantém 100% dos dados da imagem, sem perda de pacotes
• É grátis! Sem custo adicional

Como funciona

A compressão sem perdas é um recurso disponível em algumas câmeras de visão de máquina Teledyne FLIR GigE que usam nossos algoritmos exclusivos para comprimir dados de imagens. A compactação ocorre na câmera antes de transmitir os dados para o host, permitindo, assim, que nossas câmeras transmitam dados a taxas de quadros máximas mais altas utilizando largura de banda mais baixa para a transmissão de dados enquanto mantêm 100% dos dados da imagem. Depois que os dados são transmitidos para o host, eles podem ser descompactados ou salvos em sua forma compactada de menor tamanho para a utilização de menos espaço no disco.

Quando usar a compressão sem perdas

Sistemas de visão implantados em setores como sistemas de tráfego inteligente (Intelligent Traffic Systems, ITS), automação de fábrica, inspeção, robótica, análise esportiva e outras aplicações de alta velocidade e/ou alta resolução esbarram nas limitações naturais de largura de banda do gigabit ethernet. Isso é particularmente desafiador em aplicativos que usam várias câmeras GigE conectadas a um único switch. Nesses casos de uso, os designers de sistemas são frequentemente forçados a usar vários adaptadores host, incorrendo em custos adicionais e pontos de falha, ou a comprometer a resolução e/ou a cadência audiovisual de cada câmera, a fim de continuar usando um único adaptador host.

A compressão sem perdas de dados é particularmente útil em tais situações, reduzindo a quantidade de dados transmitidos da câmera, permitindo menor uso de largura de banda e/ou aumento de taxas máximas de quadros sem comprometer a qualidade da imagem. Em outras palavras, a largura de banda da câmera pode exceder as limitações de largura de banda da interface, mantendo 100% de dados de imagem.

Exemplo de caso de uso com várias câmeras GigE

Para demonstrar o valor da compressão sem perdas, vamos tomar como exemplo um caso de uso de um sistema de esteiras que exige três câmeras de 5 MP colocadas ao longo da linha em pontos diferentes. Duas dessas câmeras precisam operar a 20 FPS e uma terceira a 30 FPS para que o sistema tenha um resultado preciso. Além disso, o ambiente industrial e o comprimento de cabo necessário exigem o uso de Ethernet gigabit neste caso.

Figura 1: Três câmeras BFS-PGE-50S5C padrão conectadas a um PC host.

Esse sistema seria normalmente configurado conforme ilustrado na Figura 1 acima. O PC host seria conectado a três NICs Gigabit (placas de interface de rede), uma para cada câmera BFS-PGE-50S5. Devido às limitações de largura de banda da interface Gigabit, as câmeras não serão capazes de compartilhar as placas de interface de rede (ou seja, o requisito de transmissão de dados de cada câmera estaria próximo do limite de largura de banda de uma NIC). A terceira câmera, devido à sua maior exigência de taxa de quadros, também teria que comprometer a resolução para se ajustar às larguras de banda disponíveis em uma NIC de 1 GigE. Além de ser uma configuração mais cara com NICs de 3 GigE, o designer do sistema de visão ainda tem que comprometer os detalhes da imagem na terceira câmera, um resultado abaixo do ideal para esta aplicação.

Figura 2: Com a compressão sem perdas, a NIC GigE “esmaecida” não é mais necessária.

Com a compressão sem perdas habilitada (supondo uma taxa de compressão de 1 para 1,8), o mesmo sistema agora pode operar as duas primeiras câmeras em uma única placa de interface, eliminando uma NIC inteira da configuração anterior e economizando espaço, reduzindo um ponto de falha e reduzindo os custos do projeto. A terceira câmera também seria capaz de alcançar os 30 FPS necessários em resolução total de 5 MP ao mesmo tempo que ocuparia largura de banda menor do que a configuração anterior, economizando recursos da CPU.

Resumindo: habilitar a compressão sem perdas ajuda a aumentar a taxa máxima de quadros da câmera (até a velocidade do sensor) sem reduzir a resolução da câmera. Além disso, também permite dados mais baixos no link, traduzindo-se em menos periféricos e uso reduzido da CPU. Esses recursos exclusivos reduzem os custos do sistema, permitem taxas de quadros mais altas, menos pontos de falha e mantêm 100% dos dados da imagem – sem incorrer em custos adicionais.

Modelos de câmera compatíveis

O recurso Compressão sem perdas está disponível em nossos modelos Blackfly S GigE mais populares:

Para obter instruções detalhadas, clique em “Como ativar a compactação sem perdas”

Para conhecer mais maneiras de acelerar o resultado do sistema de visão, clique aqui.

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