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USB3-FRM14 Users Manual (Rev 1.1)
USB3-FRM14 User’s Manual
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-- 목
차 --
1. Introduction 2. USB3-FRM14 기능 2.1 Block Diagram 2.2 USB3-FRM14 외형도 2.3 주요 디바이스 기능 설명 2.4
커넥터 Pin-out 2.4.1 CN1 Connecter 2.4.2 J1 Connecter 2.4.3 J2 Switch 2.4.4 J3, J8 BNC Connecter 2.4.5 J5 Connecter 2.4.6 J9 Connecter 2.4.7 J10 Connecter 2.4.8 SW1
2.4.9 SW2 2.5 Ancillary Data
3. 설치 3.1 3.2
내용물 확인 설치 과정
4. 샘플 프로그램 설명 4.1 이미지 처리 기능 4.2 ANC 데이터 처리 기능 4.3 이미지 저장기능
5. 테스트 Appendix A.1 일반 사양 A.2 외형 치수
Reference -2-
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1.
Introduction SDI (Serial Digital Interface)는 SMPTE (Society Motion and Television Engineers)에 의해 규격화
된 비디오 인터페이스이다. 아날로그 비디오 포맷 방식의 CVBS, S-Video, PAL, NTSC 등의 낮은 해상도를 뛰어넘는 고화질을 구현하기 위해 직렬(Serial) 방식의 인터페이스를 갖는 비압축 방식의 전송 방식을 표준으로 채택했다.
[표 1. Standard SMPTE ] 신호 규격 SMPTE 259M
명칭
Bitrates (Max)
SD-SDI
360Mbit/s
최대 해상도 480i¹, 576i
최대전송거리³ 20dB : 364m 30dB : 545m
SMPTE 344M
ED-SDI
540Mbit/s
480p², 576p
SMPTE 292M
HD-SDI
1.485Gbit/s
720p, 1080i
20dB : 179m 30dB : 268m
SMPTE 372M
Dual HD-SDI
2.970Gbit/s
1080p
SMPTE 424M
3G-SDI
2.970Gbit/s
1080p
주) 1. i : Interlaced
2. p : Progressive
3. SMPTE 규격에서는 동축케이블의 최대전송거리를 SMPTE 259M (SD신호) 이하의 비디오 포맷은 30dB 로 SMPTE 292M 의 HD-SDI 신호의 경우 20dB 로 보고 있다. 동일한 동축케이블을 놓고도 신호의 주파수에 따라 전송거리에 큰 차이가 있음을 알 수 있다.
(주의) 1. 현재 Interlaced mode는 지원하지 않습니다.
BNC 동축 케이블을 이용하여 영상 정보와 음성 정보, 다양한 디지털 정보 (Line Counter, CRC) 를 하나의 선으로 수 백 미터 원거리 전송할 수 있다. 전송은 직렬로 하지만, 최종 처리되는 영상 데이터는 아래 표와 같이 YCdCr 이나 RGB 병렬 데이터로 처리된다.
[표 2. SDI Data 형태] 신호 규격
명칭
주파수
Data 형태
Data 종류
SMPTE 259M
SD-SDI
270Mbps
YCbCr
4:2:2
SMPTE 292M
HD-SDI
1.5Gbps
YCbCr
4:2:2
SMPTE 372M
Dual HD-SDI
2 x 1.5Gbps
YCbCr
4:2:2
RGB
4:4:4
YCbCr
4:2:2
RGB
4:4:4
SMPTE 424M
3G-SDI
3Gbps
주) 일부 고사양인 3G-SDI는 시스템 사양에 따라 화면이 짤릴수도 있습니다.
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USB3-FRM14는 아날로그 비디오 포맷의 낮은 해상도를 뛰어넘는 고화질의 영상을 구현하기 위 해 사용되는 HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface) 카메라와 연동하여 촬영된 이미지 프 레임을 Super Speed(5Gbps) USB3.0 인터페이스 방식으로 PC에 전송하는 보드이다. Full-HD까지 지원 가능하다.
보드의 동작은 프로그램 API에 의하여 제어되며, 아래의 그림은 보드의 연동 동작을 그림으로 나 타내고 있다.
[그림 1.1 USB3-FRM14 보드 사용 예]
[그림1.1]에서 보면, USB3-FRM14는 두 개의 HD-SDI Camera로 부터 HD-SDI 인터페이스를 통 하여 이미지 프레임을 통하여 받는다. 전송 받은 데이터는 USB3.0 인터페이스를 통하여 응용 프로 그램에 전송하는 역할을 담당한다.
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[USB3-FRM14의 주요 특징]
1.485Gbit/s HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface)
Supports SMPTE 259M(SD-SDI), SMPTE344M(ED -SDI), SMPTE292M(HD-SDI)
Supports 8-bit, 10-bit component digital video
RGB or YCbCr 4:4:4 / YCbCr 4:2:2 or 4:2:0
Serial Digital Interface uses BNC Connecter/Cable (75Ohm Coaxial)
Ancillary (ANC) Data Detection
USB3.0 Interface (Super Speed 5Gbps)
256MByte Image Buffer Memory
480p, 576p, 720p, 1080p formats 지 원
사용환경 Windows 2000 SP4 이상, Windows XP SP1 이상, Windows 7
간편한 Windows Application Programming Interface(DLL)
[Application]
Interface for CCTV & DVR (Digital Video Recorder)
감 시 보 안 Solution (CCTV)
영 상 인 식 (Pattern, 입 자 등 )
검 사 장 비 (Sensor, Semiconductor, Device 등 )
방송 장비
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2.
USB3-FRM14 기능 2.1
Block Diagram 아래 그림에서 보듯이 USB3-FRM14의 경우 전체적인 제어를 FPGA Core Logic에서 담당
을 하고 있다. 주요 기능으로는 두 개의 BNC 커넥터를 통해 Image Frame Data를 받아 먼저 DDR#1, DDR#2에 쓰고 요청에 따라 PC에 전송한다. 이러한 기능들은 USB 3.0 인터페이스 를 통하여 PC에서 API를 이용하여 수행한다.
[그림 2-1. USB3-FRM14 기능 블록도]
FPGA 코어 로직의 프로그램은 JTAG을 이용하고 있으며, FPGA Program Logic에서 logic 프로그램을 저장하고, 전원 인가할 때 내려 받는 기능을 한다.
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USB3-FRM14 외형도 각각의 중요한 보드 기능에 대하여 간략히 설명한다. 자세한 기능에 대한 내용은 부품 사 양을 참조하기 바랍니다.
USB3-FRM14 Board J1
U4 REF1 123 789
U5
CN1
A C E G J L N R
DAQ
U7
U6
123 789
A C E G J L N R
J3
SW1
J2
U3
REF2
ON
U2
1 2
U1
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system
U9
J5
U8
J4
J11 J7
U14
U12
USB3-FRM14 Rev. A
U15 D6 D7 J10 D8 D9
J12
Y1
SW2
U13
J8
J11
U10
U11
D5
2.2
J9 D10
[그림 2-2. USB3-FRM14 외형도]
보드에는 총 여섯 개의 LED가 있으며 각각의 설명은 다음과 같다. D5
: 보드가 Configuration이 끝나고 동작 준비가 완료되면 점등이 된다.
D6
: Vertical counter 신호선
D7
: Vertical Synchronization 신호선 (vsync)
D8
: Clock counter 신호선
D9
: Horizontal Synchronization 신호선 (hsync)
D10
: 3.3V 전원이 인가되면 점등이 된다.
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2.3 주요 디바이스 기능 설명 (1) BNC Connecter : J3, J8
주의) J8(Channel 0)에 먼저 케이블을 연결해야 한다. (2) SDI Receiver : U7, U14 SDI 데이터를 수신한다.
(3) FPGA : U9 보드의 모든 기능은 이 FPGA Logic을 통하여 제어된다.
(4) Regulator : U1, U2, U3 보드에서 사용하는 전원을 공급한다.
(5) USB 3.0 Interface Chipset : U6 CN1에서 나오는 USB 3.0 신호를 처리하는 Bridge 이다.
(6) DDR Memory : REF1, REF2 DATA를 프레임 단위로 저장 후 FPGA를 통해 PC로 전송한다.
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2.4 커넥터 Pin-out USB3-FRM14에서 사용하는 커넥터 및 점퍼에 대하여 설명을 한다. 주요 커넥터로는 먼저 USB 3.0 연결을 위한 CN1과 BNC 연결을 위한 커넥터 J3와 J8 커넥터가 있다.
2.4.1 CN1 Connecter 보드의 USB3.0 standard powered-B 타입 커넥터의 PIN을 케이블이 연결되는 전면에서 볼 때 [그림 3-2]와 같다.
9 8 7 65 2 B1 USB type 10 Connector 11 3
4
[그림 2-3. CN1 커넥터 (USB3.0 standard powered-B type Front View)] [표 3. USB3.0 Standard Powered-B 커넥터] 번호
명칭
설 명
1
VBus
2
USB D-
USB2.0 data (Negative)
USB2.0 신호
3
USB D+
USB2.0 data (Positive)
USB2.0 신호
4
GND
Ground for Power Return
USB 전원 GND
5
StdA_SSTX-
Super Speed Transmitter
USB3.0 신호
+5V Power
비 고 +5V Power
(Negative) 6
StdA_SSTX+
Super Speed Transmitter
USB3.0 신호
(Positive) 7
GND_DRAIN
Ground for Signal Return
8
StdA_SSRX+
Super Speed Receiver
USB 전원 GND USB3.0 신호
(Positive) 9
StdA_SSRX-
Super Speed Receiver
USB3.0 신호
(Negative) 10
DPWR
Power Provided by Device
USB 전원 GND
11
DGND
Ground return for DPWR
USB 전원 GND
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2.4.2 J1 Connector (3Pin Header, 2.54mm) 외부 RS-232 Debug Port이다.
1
2
3
[그림 2-4. J2 커넥터 (Top View)] [표 4. J1 PIN-OUT 설명] 번호
명칭
설 명
1
U_SPI_MISO
Tx (Transceiver Data)
2
U_SPI_MOSI
Rx (Receiver Data)
3
GND
Ground
2.4.3 J2 Switch USB3-FRM14 보드는 한 개의 시스템(PC)에 최대 4개의 USB3-FRM14 보드를 동시에 사 용할 수 있도록 설계되어 있다. 각각의 보드 구분은 보드 내에 있는 4핀 DIP 스위치(J2)를 통하여 설정할 수 있다.
J2 ON
OFF
1
2
[그림 2-5. J2 스위치] [표 5. J2 설명] 1
2
내 용 설 명
OFF
OFF
보드 번호 0
ON
OFF
보드 번호 1
OFF
ON
보드 번호 2
ON
ON
보드 번호 3
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2.4.4 J3, J8 BNC Connecter BNC(Bayonet Neil-Concelman) 커넥터는 빠르게 접속/차단할 수 있는 RF 커넥터로 동축케 이블에 사용되는 모형이다. 동축케이블 내부를 살펴보면 중심부의 신호선과 신호선을 둘러 싸고 있는 절연체, 그리고 외부도체(쉴드)를 볼 수 있습니다. 동축케이블에는 50옴 임피던스 와 75옴 임피던스가 있는데, HD-SDI 를 포함한 영상신호들은 1Vp-p 미만의 미약한 신호로 서 신호감쇄가 가장 적은 75옴 동축케이블을 사용합니다.
[그림 2-6. BNC Connecter and Cable] 주) 자료 : (RG-59 75옴 동축케이블 전용 BNC커넥터, 카나레 BCP-C4F)
[그림 2-7. Cable 단면]
2.4.5 J5 Connecter USB3 5V 전원을 사용할 때 점퍼를 연결한다. 하지만, 외부 전원(12V) 사용시에는 파 손 우려가 있으므로 연결하지 않는다.
2.4.6 J9 Connecter DC-005(2.0) 규격의 외부 12V DC Jack 전원 커넥터이다. BNC 채널 두 개 사용시 프로그램이 다운되거나 영상이 하나만 나올 때는 이 커넥터를 사용합니다.
12V
1.0A [그림 2-8. 정격 출력] -11-
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2.4.7 J10 Connecter J10는 JTAG(Joint Test Action Group) 커넥터로 보드의 FPGA 프로그램을 업데이트
4
6
8
3
5
7
9 10
2
J10
1
시키는데 사용한다. 평상시 보드를 동작할 때에는 사용하지 않는다.
[그림 2-9. J10 Connecter (Top View)]
[표 6. J10 Connecter 설명] 번호
명칭
설 명
1
BTCK
Clock
3
BTMS
Mode Select
5
BTDI
Data In
7
BTDO
Data Out
2,4,8
GND
GND
6
3.3V
+3.3V Power
9
N.C
No Connection
10
PROG_B
isPEN/Enable/Prog
2.4.8 SW1 3.3V 전원 Reset Switch이다.
SW_RST
3.3V
[그림 2-10. SW1 스위치]
2.4.9 SW2 보드 전원 (5V from USB or Power Generator) On/Off 스위치. 스위치 단자를 위로 올리면, 5V 전원이 On 상태가 된다.
1 5V from USB 5V from Regulator
GND
2
5.0V
3
[그림 2-11. SW2 스위치] -12-
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2.5
Ancillary Data USB3-FRM14 보드는 Vertical Ancillary Data (VANC)를 추출해 사용자에게 보여줄 수 있다. Ancillary Data(일반적으로 ANC Data로 단축해서 부름)는 텔레비전 시스템과 같은 장치에 서 비디오 신호 이외의 정보(즉, 오디오, 다른 본질의 형태 및 메타 데이터)를 의미한다. SDI(Serial Digital Interface)에 내장되어 있으며, SMPTE291M에 의해 표준화되어 있다. ANC 데이터는 아래 [그림 2-9]와 같이 두 가지 형태로 나뉘어 지는데 데이터 패킷 (Packet)의 위치에 따라 분류된다. Horizontal blanking 영역에 위치한 보조 데이터는 Horizontal Ancillary Data 또는 HANC 부르며, higher-bandwidth 데이터에 사용되며 주로 오 디오 데이터 등이 내장되어 있다. HD 인 경우 보통 16채널의 오디오 데이터를 포함할 수 있 다. Vertical blanking 영역에 위치한 보조 데이터는 Vertical Ancillary Data 또는 VANC라 부르 며 lower-bandwidth 데이터에 사용되어 caption data(자막)와 VPID(Video payload identifier) 등이 이 영역에 저장된다.
[그림 2-11. HANC와 VANC 영역] 모든 ANC 패킷은 특정한 시작 순서로 시작해야 하며 컴포넌트 인터페이스 (널리 사용되는 오늘날 직렬 디지털 인터페이스)의 경우, 시작 순서는 0x00에서 0x3FF 0x3FF 이다. 이 시퀀스 는 직렬 디지털 인터페이스에서 사용되며 그렇지 않으면 패킷 위반이 된다. ANC Packet 헤더의 첫 시작 순서에 이어 DID, SDID 또는 DBN, 이어서 DC, UDW, CD 등이 따르며 각 설명은 다음 과 같다. ANC Packet은 Packet 구성에 따라 Type1과 Type2로 나뉘어 진다. -13-
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Type 2 SDID
b9
CS
DC
DID
0x3FFh
0x3FFh
0x000h
UDW (Up to 255 bytes Max.)
DBN
b0
ADF Type 1 [그림 2-12. ANC Packet 구조] (1) ADF --- Ancillary Data Flag으로 언제나, 0x000, 0x3FF, 0x3FF (b9..b0 : 10비트인 경우) 또는 0x00, 0xFF, 0xFF(b7..b0 : 8비트인 경우)로 시작해 Ancillary Packet의 시작 부분을 나 타낸다. Composite Ancillary Data인 경우 ADF는 0x3FCh로 시작된다.
ANC Data Packet “N”
ANC Data Packet “N+1”
UDW (Up to 255 bytes Max.)
[그림 2-13. Component Ancillary Data Packet 구조]
ANC Data Packet “N+1”
ANC Data Packet “N”
UDW (Up to 255 bytes Max.)
CS
DC
SDID
DID
0x3FCh
CS
DC
SDID
DID
0x3FCh
UDW (Up to 255 bytes Max.)
[그림 2-14. Composite Ancillary Data Packet 구조]
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CS
DC
SDID
DID
0x3FFh
0x3FFh
0x000h
CS
DC
SDID
DID
0x3FFh
0x3FFh
0x000h
UDW (Up to 255 bytes Max.)
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(2) DID --- Data Identification word는 패킷과 연관된 ancillary data의 형태를 지시한다. 1 ~ 255( FF hex)까지 구별하며 “0”은 예약돼 있다. SDI 에서는 10비트로 표현되어 다음을 따른다. Bit 0 ~ 7 : raw DID value Bit 8 : 비트 0에서7 까지의 even parity Bit 9 : Not Bit8 그러므로, 0x61(011000001)의 DID는 0x161(01011000001)로 부호화되는 반면에 0x63(01100011)은 0x263(1001100011)로 부호화 된다. 이 값이 128(0x80)보다 크거나 같으면 Type 1이고, 작으면 Type 2 Packet이다.
(3) SDID --- Secondary Data Identification word for Type 2 [표 7. Data Identification Word Assignment] Data
Data
Type
Value 00h
Data Assignment
Data
Data
Data
Type
Value
Assignment
00h
Undefined
Undefined Format
Format Type 2
01h ~ 03h
Reserved
(2-Word
04h ~ 0Fh
Reserved
ID)
10h ~ 3Fh
Reserved
40h ~ 4Fh
Internationally Registered
50h ~ 5Fh
User Application
60h ~ 7Fh
Internationally Registered
80h
Ancillary
01h
Packet
marked
for
deletion Type 2
81h ~ 83h
Reserved
84h
Optional Ancillary Packet Data end
None
marker Type 2
85h ~ 87h
Reserved
(1-Word
88h
Optional Ancillary Packet Data start
ID)
marker 89h ~ 9Fh
Reserved
A0h~ BFh
Internationally Registered
C0h~ CFh
User Application
D0h~ DFh
Internationally Registered
E0h~ FFh
Internationally Registered
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DID가 128(80 hex)보다 작은 경우에 사용하며 8비트 값을 가지고 DID와 동일한 방 식으로 부호화 된다. Bit 0 ~ 7 :
b7 (MSB) through b0 (LSB) identification bit word (00h ~ FFh)
Bit 8 : 비트 0에서7 까지의 even parity, Bit 9 : Not Bit8 (4) DBN --- Data Block Number for Type 1으로 DID가 128(80 hex)보다 큰 경우에 사용하며 선택적 필드 내에서 동일한 유형의 여러 패킷을 식별하는데 사용한다.
(5) DC --- Data Counter number word로 다음 UDW가 몇 바이트인지 나타낸다.
(6) UDW --- User Defined Word로 최대 255 바이트까지 사용자 데이터를 저장한다. [표 8. SMPTE 352M UDW 내용 예] Bits
Byte 1
Byte2
Byte3
Byte4
Bit7
0x84 : HD720
0 : Interlaced or
Reserved
Reserved
0x85 : 1080
1: Progressive
Reserved
(SMPTE352M) Bit6
0x89 : 3G-A
0 : Interlaced or
Horizontal Y’/Y
0x8A : Level B
1: Progressive
Sampling
(SMPTE372) Bit5
Transport
0x8B : Level B
Picture
0 : 1920, 1 : 2048
Reserved
Reserved
Reserved
Reserved
Reserved
Dynamic Range
(2x7x20) Bit4
0x8C : Level B (2x1080)
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
0 : 100% Frame Rate
Sampling Structure
1 : 200%
0 : No defined Value
0 : 4:2:2(Y/Cb/Cr),
2 : 400%
1 : Reserved,
1 : 4:4:4, 3 : 4:2:0,
3 : Reserved
2: 24/1.001,
4 : 4:2:2:4(Y/Cb/Cr/A),
3 : 24, 4 : 49/1.001,
5 : 4:4:4:4(Y/Cb/Cr/A),
5 : 25, 6 : 30/1.001,
6 : 4:4:4:4(G/B/R/A),
7 : 30, 8: 48. 9 : 50,
8 : 4:2:2:4(Y/Cb/Cr/D),
Bit Depth
A : 60/1.001, B : 60,
9 : 4:4:4:4(Y/Cb/Cr/D),
0 : 8-bit, 1: 10-bit
C, D ,E, F :
A : 4:4:4:4(G/B/R/D),
2 : 12-bit,
Reserved
7, B, C, D, E, F :
3: Reserved
Reserved
Reserved
(7) CS --- Checksum은 ANC 패킷의 마지막 word로 패킷의 시작을 포함하여 ANC 패킷 전체를 계산한다. -16-
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3. 설치 3.1 내용물 확인 보드 설치에 앞서 포장 내용물이 이상이 없는가를 확인한다. 제품 내용물 1. USB3-FRM14 보드 2. USB(A-B) 케이블 3. CD (드라이버/매뉴얼/API/샘플소스 등등)
3.2 설치 과정 PC에 보드를 설치하기 위하여 다음과 같은 순서에 따라서 실시한다. USB의 경우 Hot Plug 및 Plug & Play 장치이므로 보드 설치를 위하여 특별히 고려할 내용은 없다. 보드의 사용환경은 Windows 2000 SP4 이상, Windows XP SP1 이상에서 사용되어야 하며, 또한 USB3-FRM14의 경우 반드시 USB3.0 Super speed 기능이 있는 PC에서 사용되어야 하 므로 [그림 3-1]처럼 장치 관리자에서 “제조사명 USB 3.0 Root Hub”가 설치 되었는가를 확인 한다.
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[그림 3-1. “Device Manager” window]
(1) 먼저 박스를 개봉하여 USB3-FRM14 보드를 PC의 USB3.0 포트에 연결한다. (2) 전원 스위치를 ON 시켜, 장비 및 USB3-FRM14 보드에 전원을 공급한다. (3) 전원이 공급되면, 보드의 전원 공급 표시용 LED 및 FPGA 동작 LED가 점등된다. (4) 전원 공급을 확인한 후 제공하는 USB3 A-B 케이블을 이용하여 장비와 PC간을 연결한다. 케이블을 연결하게 되면 Windows 운영 체제에서 자동으로 검색하여 맞는 드라이버를 설치 할 수 있도록 안내할 것이다. (5) 드라이버 설치는 다음과 같은 순서에 의하여 실행한다. 특별한 설명이 없을 경우 Windows XP를 기준으로 설명한다.
-18-
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동봉된 CD에서 Driver를 선택 후 다음 버튼을 클릭한다.
위의 그림에서 드라이버가 포함되어 있는 CD의 Driver 폴더를 찾아 보기 버튼을 눌러서 지정해 준 후 “다음” 버튼을 누른다. -19-
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예) Windows XP인 경우 F:\~~~\Driver\winxp\x86 드라이버 폴더에는 드라이버 설치에 필요한 “cyusb3.inf” 및 “cyusb3.sys” 파일이 포함 되어 있다.
검색된 보드에 적당한 드라이버가 있을 경우 설치를 시작하게 되는데, 설치 중에 호환성 에 대한 경고 윈도우가 나타나는데 여기에서 “계속” 버튼을 눌러 준다.
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아래와 같이 설치 프로세서가 진행됨을 나타낸다.
설치가 완료되면, 바로 USB3-FRM14 보드를 사용할 수 있는데 사용하기 전에 다시 한번 정상적으로 드라이버가 설치 되었는지 다음과 같은 방법으로 확인한다. -21-
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내컴퓨터 -> 속성 -> 하드웨어 -> 장치관리자 화면에서 범용 직렬 버스 컨트롤러 -> “DAQ SYSTEM USB3.0 Frame Grabber #14 Board ”이(가) 설치가 되었는가를 확인한다. 아래의 그림과 같이 나타나게 되면, 설치가 정상적으로 이루어진 것이다.
상기 그림은 USB3-FRM14 보드가 PC에 정상적으로 설치된 화면을 보이고 있다. (붉은 색 원안을 확인)
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4. 샘플 프로그램 설명 보드와 함께 제공하는 CDROM의 TestApp 폴더에는 보드를 쉽게 사용할 수 있도록 사용 샘플 프로그램 “FrameTest.exe”를 제공하고 있다. Frame Data를 16진수 값으로 디스플레이 해 줘 메모 리나 하드디스크에 저장해 개발자들에게 필요한 프레임 데이터를 활용할 수 있게 되어 있으며, 사용자가 이해하기 쉽게 영상으로 화면을 보여주는 실행 파일이다. 샘플 프로그램을 시험하기 위 하여는 먼저 보드의 드라이버가 설치되어 있어야 한다.
샘플 프로그램은 보드를 사용하기 위하여 제공되는 API를 간략하게 시험할 수 있도록 소스 형 태로 제공하므로 사용자가 수정하여 사용할 수가 있다.
[그림 4-1. 샘플 프로그램 “FrameTest.exe” 실행화면]
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위의 샘플 프로그램을 이용하기 위하여는 API(Application Programming Interface)가 필요하다. API는 “DLL” 형태로 제공이 되며, 컴파일을 하기 위하여는 임포트(Import) 라이브러리 및 헤더 파일이 필요하다.
상기에 명시된 모든 파일은 제공하는 CDROM에 포함되어 있다. 샘플 프로그램을 정상적으로 실행하기 위하여는 API DLL(USB3-FRM14.DLL)이 실행 파일의 폴더에 있거나, Windows 의 시 스템 폴더 혹은 Path 환경 변수로 지정된 폴더에 있어야 한다.
4.1 이미지 처리 기능
(1) “Device Open” button 선택한 보드의 장치를 시작한다.
(2) “Device Init” button 이미지 프레임 기능을 초기화 한다. 최초 전원 인가 시 한번 만 수행한다.
(3) “Mode” Selection Video Data Mode를 8bit, 16bit, 24bit, 32bit 중에서 선택한다. 현재 8비트 모드는 지원하지 않습니다.
[Table 9. Data Structure] Address 16bits per Pixel (m_nMode == 1) 24bits per Pixel (m_nMode == 2) 32bits per Pixel (m_nMode == 3)
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
C
Y
C
Y
C
Y
C
Y
C
X
Y
X
C
X
Y
X
C
X
Y
X
C
X
Y
X
cf) C : Chroma, Y : Luma, X : Don’t care
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Writing Method : Little Endian (In case of 10bit YUV) 31
26 25 X
16 15 Y
10 9 X
0 C
One Frame Data size is as follow equation. case 0 (8bit):
nSize = nXres * nYres
case 1 (16bit):
nSize = nXres * nYres * 2
case 2 (24bit):
nSize = nXres * nYres * 4
case 3 (32bit):
nSize = nXres * nYres * 4
cf) nXres : Horizonral Resolution, nYres : Vertical Resolution (4) “Get Res.” button 이미지 해상도(Resolution)를 보여준다. “Vanc Mode”가 “Y Vanc” or “C Vanc”로 되어 있으 면 세로 해상도가 1 증가한다. 예를 들어 원래 화면이 1920x1080 인 경우 “Vanc Mode”가 선택되어 있으면 이 명령어 수행 시 1902x1081로 표시된다.
(5) “Start” button “Start” 과 “stop” Toggle 버튼으로 이미지 전송을 시작한다.
(6) “Once” button Toggle 버튼으로 누르면 정지화면으로 보여준다.
(7) “View” button 이미지 전송을 시작한다.
(8) “Data” button 보드에 저장된 이미지 프레임을 PC (Hexa 값)로 읽어 온다. 만약 이미지 프레임이 보드 에 저장이 되어 있지 않으면 저장이 완료될 때까지 기다려야 한다.
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[그림 4-2. 이미지 파일 Hex 값]
(9) “Auto” toggle 선택하면 연속적인 동영상으로 화면을 보여준다.
(10) “Skip” toggle 선택하면 정지 화면을 보여준다.
(11) “Full screen” toggle 전체 화면을 보여준다.
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(12) “Half tone” toggle Half tone 모드를 선택한다.
(13) “F/R” Frame Rate, 초당 Frame rate을 보여준다.
4.2
ANC 데이터 처리 기능
㈜ 5장 테스트 장에 더 자세한 설명이 있습니다.
(1) “Board #” Selection USB3.0 보드가 멀티인 경우 보드의 번호를 부여한다. 현재는 0 ~ 3 번까지 4개를 선택 할 수 있다. (2) “Get Version” button FPGA 버전을 나타낸다.
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(3) “Channel” 원하는 SDI 채널을 선택한다. CH0 : J8 Connector에 연결된 채널을 사용한다. CH1 : J3 Connector에 연결된 채널을 사용한다. Dual : 두 채널을 동시에 사용할 수 있다.
(3) “Vanc Mode” 원하는 VANC 모드를 선택한다. Disable : 각 채널의 VANC 모드를 사용하지 않는다. Y Vanc : YCbCr 영상 패킷 중 Y 에 Vanc 데이터가 연결된 채널을 사용한다. C Vanc : YCbCr 영상 패킷 중 C 에 Vanc 데이터가 연결된 채널을 사용한다.
(4) Vanc Data 각 채널의 첫 번째와 두 번째 Vanc Data 값을 보여준다. DID ---
Data Identification
SDID --- Secondary Data Identification DC --- Data Count CS --- Check Sum Data --- User Data
4.3 이미지 저장 기능
(1) “Auto Save” toggle 박스를 클릭하면 아래 지정된 D:\Image (또는 사용자가 선택한 폴더 : Select Folder)에 영상 데이터가 프레임 단위로 binary 파일로 저장된다. 옆의 Save #에는 저장된 프레 임의 개수를 보여준다.
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5. 테스트 Vertical Ancillary (VANC) 데이터를 테스트 하기 위해서는 USB3-DIO01 보드와 USB3-SDI01 보드 를 사용했다. 자사 보드인 USB3-DIO01 보드는 Daughter 보드의 주 데이터를 처리하여 USB3 인터 페이스로 시스템에 전송하는 Base Interface 보드이다. 또한, VANC 데이터 신호를 SDI 신호로 변경 해 USB3-FRM14 보드로 전송해 주는 USB3-SDI01 시뮬레이터 보드도 사용한다. [그림 5-1]과 같이 USB3-DIO01 보드와 USB3-SDI01 보드를 연결하여, 마치 VANC 데이터를 보내는 HD-SDI 카메라 역할을 수행하는 장치를 USB3-FRM14 SDI 커넥터에 연결되어 VANC 데이터가 올바르게 수신되는 지 확인한다. HD-SDI 카메라는 1080p(1920x1080 @30fps)를 지원하는 카메라 2대를 사용했다.
HD-SDI Camera
USB3-FRM14 BNC Cable
BNC Connector
USB3-SDI01 SDI Simulator Board
USB3-DIO01 USB3 Interface Base Board [그림 5-1. 테스트 환경]
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5.1 이미지 테스트 먼저 USB3-FRM14 보드의 J8 BNC 커넥터에 카메라를 접속시키고 Frame Test 프로그램으 로 확인 해 보면 그림 5-2와 같다. 보드 번호를 확인하고(2.4.3절 J2 switch 참조) “Device Open” Data Mode “16bit” 를 선택 하고 원하는 “Channel” 을 선택하고 “Device Init” 을 한다. 이 때, Vanc Mode를 원하지 않 으면 “Disable” 해야 한다.
[그림 5-2. “CH 0” 연결 화면] (주의)1. BNC Channel 0(J8 connector)에 우선권이 있어 언제나 먼저 연결해 사용해야 합니다. 2. BNC Channel 0 해상도로 Channel 1에 적용됩니다.
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밑의 [그림 5-3]은 이미지 개선을 위해 “Half tone”를 선택했을 때의 화면이다.
[그림 5-3. “CH 0” 화질 개선 화면]
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밑의 [그림 5-4]는 “Full Screen”을 선택했을 때의 화면이다. Full Screen을 선택하고 윈도우 창 을 크게 하면 선택한 해상도 전체를 볼 수 있다. 시스템 사양에 따라 Frame Rate이 바뀔 수도 있다.
[그림 5-4. “CH 0” Full Screen 화면]
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밑의 [그림 5-5]는 두 개의 채널을 선택했을 때의 화면이다. 시스템 사양에 따라 Frame Rate 이 바뀔 수도 있다.
[그림 5-5. 두 개의 채널 선택 시 화면(Windows XP 32bit)] ㈜ 가끔 BNC 채널 두 개 사용시 프로그램이 다운되거나 영상이 하나만 나올 때는, J9 커넥터에 외부 전원(12V DC)을 연결해 사용하는 것이 좋습니다.
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밑의 [그림 5-6]은 두 개의 채널을 Windows 7 64bit O.S. 에서 테스트 했을 때의 화면이다. F/R(Frame Rate)이 65 프레임을 나타내며 30 프레임 씩의 두 개의 SDI 카메라에서 나오는 영상 을 각각의 채널에서 볼 수 있다. 하지만, 영상을 잘 보기 위해 “Half tone” 필터를 사용하면 시스 템 사양에 따라 Frame Rate이 바뀔 수도 있다.
[그림 5-6. 두 개의 채널 선택 시 화면(Windows 7 64비트)]
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[그림 5-7. 두 개의 채널 선택 시 화면(Windows 7 64비트), half tone 사용]
결론적으로 [그림 5-5]와 [그림 5-7]을 비교해 봤을 때, Frame rate은 시스템 사항에 따라 변경 될 수 있다. 윈도우 XP 보다는 윈도우 7 테스트가 더 좋고, 32비트 OS 보다는 64비트 O.S 환 경에서의 테스트가 성능 구현에 더 유익하다.
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5.2 VANC 기능 테스트 VANC 기능 구현을 위한 보드 연결은 밑의 [그림 5-8]과 같다.
USB3-DIO01
USB3-FRM14
USB3.0 Interface
USB3.0 Interface
Data
VANC Data USB3-SDI01
Board Connection [그림 5-8. 보드 연결도]
먼저, USB3-DIO01에서 구동하여 VANC 데이터를 시뮬레이터 USB3-SDI01의 출력 커넥터로 보 내주는 프로그램을 보면 [그림 5-9]와 같다.
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[그림 5-9. VANC 데이터 송출 프로그램]
명령어를 살펴보면 다음과 같다. Device Open --- 디바이스를 Open한다. 시작 시 한번만 수행한다. Device Init --- 현재 시스템에 장착된 장치를 초기화 한다. Vanc Out --- 밑의 설정된 값을 USN3-SDI01 BNC 커넥터에서 송출한다. DID --- Data Identification K
--- Secondary Data Identification
L --- Data Counter로 밑의 User Data의 바이트 수이다. Hex 로 표시된다. Data
--- User Data. 본 프로그램에서는 테스트 목적으로 13바이트로 제한되어 있으나 255바이트까지 가능하다
Vanc Line --- ANC 데이터를 몇 번째 Vertical line 부터 쓸 건지 즉, VANC 데이터가 몇 번째 Vertical Line 부터 시작하는지 지정한다. ㈜ 이 프로그램은 첫 번째 ANC 패킷 정보만 전달한다.
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[그림 5-10]은 [그림 5-9]에서 “Vanc Out”을 누르면 USB43-FRM14 채널 0에서 VANC 데이터 를 받을 때의 Frame Test 화면이다. [그림 5-9]에서 설정된 값을 Vanc Out으로 송출했을 때의 값 이 왼쪽 상단 VANC CH0의 각 VANC 해당 데이터 란에 쓰여져 있음을 알 수 있다.(붉은 색 원 안 확인)
[그림 5-10. USB3-FRM14 Frame Test 실행 화면]
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채널 0 또는 1의 VANC 데이터는 모두 4개까지 받을 수 있다. 화면에는 첫 번째와 두 번째 VANC 데이터만 표시된 거고 필요하다면 사용자가 4개까지 확장해 사용할 수 있다. ANC 데이 터 패킷은 헤더 부분과 다른 패킷 정보와 사용자 데이터 UDW(User Data Words)
255 바이트
를 포함하여 총 512 바이트 단위의 간격으로 되어 있다. 참고로 [그림 5-10]의 두 번째 패킷 시 작 번지 200h에서 시작으로 첫 번째 패킷이 512 바이트 임을 알 수 있다. 더 자세히 살펴보면 Vertical Ancillary Data의 시작인 “00” “ff” “ff” 에서 시작되어 DID SDID DC 값인 “01” “01” “0a” 가 오른 쪽 데이터 란의 붉은 선에 나타나 있으며, CS 값인 39는 붉은 색 원안에 있음을 볼 수 있다. 또한, 데이터 값도 일치함을 볼 수 있다(푸른색 선 참조).
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[그림 5-11]은 채널 0에서 영상데이터를 받고 채널 2에서는 VANC 데이터를 받을 때의 USB3FRM14 Frame Test 화면이다. 오른 쪽 상단에 BNC 커넥터(J8)를 통해서 영상이 들어오고 [그림 5-7]에서 설정된 값을 Vanc Out으로 송출했을 때의 값이 왼쪽 아래 VANC CH2의 각 VANC 해 당 데이터 란에 쓰여져 있음을 알 수 있다. (붉은 색 원 안 확인) 채널 0의 VANC 값은 SDI 카메라에서 보내온 값이다.
[그림 5-11. USB3-FRM14 Frame Test 실행 화면 1]
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[그림 5-12]는 채널 2에서 영상데이터를 받고 채널 0에서는 VANC 데이터를 받을 때의 USB3-FRM14 Frame Test 화면이다. 오른 쪽 하단에 BNC 커넥터(J8)를 통해서 영상이 들어오고 [그림 5-7]에서 설정된 값을 Vanc Out으로 송출했을 때의 값이 왼쪽 상단에 VANC CH2의 각 VANC 해당 데이터 란에 쓰여져 있음을 알 수 있다. (붉은 색 원 안 확인) 채널 2의 VANC 값은 SDI 카메라에서 보내온 값이다.
[그림 5-12. USB3-FRM14 Frame Test 실행 화면 2] (주의) 1. 현재 Interlaced mode는 지원하지 않습니다. 2. BNC Channel 0(J8 connector)에 우선권이 있어 언제나 먼저 연결해 사용해야 합니다. 3. 두 채널의 해상도가 같아야 합니다. 즉, BNC Channel 1 해상도는 Channel 0의 해상도와 같아야 합니다. 향후 업그레이드 또는 수정 예정입니다. -41-
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Appendix A.1
Specification
USB3.0 Interface
USB 3.0 Interface
Super Speed Device 5Gbps
Physical Characteristics
Camera Interface : BNC
Dimension : 109 x 79.5 mm
Power Requirement
Voltage : +3.3V (Max. 500mA) +12V (Max. 1A)
Environment 주의) 내부에서 사용 시
Operating Temperature : 0 ℃ ~ 60 ℃
Storage Temperature
: -20 ℃ ~ 70 ℃
Relative
: 5% ~ 90%, non-condensing
Humidity
Software
OS : W indows 2000 SP4 이 상 / W indows XP SP1 이 상
API : Interface with Application through client DLL
Sample Software : Test Sample software for evaluation
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A.2 외형 치수 보드의 외형 치수는 아래와 같다. 3.8 3.0
3.8 52
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DAQ
system
32 23
109
< Top View >
15.5
10.7
3.0
1.6
< Right Side View >
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References 1. USB 3.0 System Architecture -- Don Anderson, USB SIG(www.usb.org) 2. Universal Serial Bus Specification -- Compaq/Intel/Microsoft/NEC, MindShare Inc. (Addison Wesley) 3. AN201 How to build application using API -- DAQ system 4. AN342 USB3-FRM14 API Ver1.0 -- DAQ system
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