圖像采集的運用非常廣泛，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，采集技術(shù)有了很大程度的進步。目前的專業(yè)采集設(shè)備集成度更高，分辨率更大，傳輸速度更快，針對性更強。

本文以DALSA公司的Spyder2系列線掃描相機為圖像采集源，以TI公司的TMS320DM642多媒體處理器為核心，實現(xiàn)高速圖像的采集和處理任務(wù)。

Spyder2線掃描相機以其高速的采集速度和先進的Camera Link接口，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線等領(lǐng)域。本方案集合了Camera Link和TMS3 20DM642的優(yōu)點，縮短了設(shè)計周期，降低了難度，提高了設(shè)計的效率和設(shè)計質(zhì)量。

1 總體概述

Camera Link是一種基于視頻應(yīng)用發(fā)展而來的通信接口標準，Camera Link接口采用National Semiconductor公司的Channel Link技術(shù)，其最高速率可達2．38 Gbps。Camera Link相機和圖像采集設(shè)備之間采用LVDS信號傳輸，從而簡化了圖像采集設(shè)備和模擬攝像頭之間所必需的視頻編解碼等步驟，降低了生產(chǎn)成本和維護費用。

TMS320DM642作為多媒體處理器，內(nèi)置3個專用的視頻數(shù)據(jù)接口（Video Port）。每一視頻接口有20位數(shù)據(jù)總線，可以在8位、10位、16位總線方式下進行視頻采集或視頻顯示。采集頻率最高可達80 MHz。

DALSA Spyder2相機采用單通道Channel Link輸出，每線輸出2048像素，每個像素8位。為了圖像處理的方便，采集接口將視頻數(shù)據(jù)重整為完整幀并緩存于SDRAM中。TMS320DM642的Video Port接口設(shè)置為8位的RAW Data采集模式。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。DALSA Spyder2相機采集到的視頻信號通過Video Port0傳輸?shù)絊DRAM中緩存，DM642再通過EMIFA從SDRAM中讀取每幀圖像進行分析處理。

2 關(guān)鍵硬件設(shè)計

2．1 視頻解串電路

Camera Link標準中，相機的信號被分為3種：視頻數(shù)據(jù)信號、相機控制信號、串行通信信號。

視頻解碼部分采用National Semiconducor公司TSSOP-56封裝的DS90CR288A接收器來完成，它能夠?qū)?路LVDS串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為2位并行TTL／CMOS數(shù)據(jù)，在傳輸時鐘CLK的每個周期，將28位并行數(shù)據(jù)輸出。

DS90CR288A解碼出的TTL／CMOS信號可以分成2類：圖像信號和圖像時鐘信號（WCLK）。其中圖像信號又由24位圖像數(shù)據(jù)信號和4位圖像同步信號組成，這些信號都符合Channel Link技術(shù)標準。

圖像同步信號包括：FVAL（Frame Valid）、LVAL（Line Valid）、DVAL（Data Valid），分別為幀有效信號、行有效信號和數(shù)據(jù)有效信號。當FVAL、LVAL、DVAL同時有效（為高電平時），表示相機正在輸出有效的圖像數(shù)據(jù)。Channel Link的圖像同步信號和時鐘信號的關(guān)系如圖2所示。

DALSA Spyder2相機為線掃描數(shù)字攝像機，設(shè)置為8位灰度輸出，相機在每個時鐘的上升沿傳送串行圖像信號，F(xiàn)VAL、DVAL信號廠商固定為高電平，只由LVAL信號控制相機的圖像輸出。針對這一特性，設(shè)計充分利用TMS320DM642的視頻接口這一優(yōu)勢，由圖像時鐘（WCLK）來控制視頻口的采集時鐘（VP0_CLK0），相機的行有效信號（LVAL）控制視頻口的采集使能端（VP0_CTL0），圖像信號D［7．．0］送往Video Port的數(shù)據(jù)總線VPOD［9．．2］。采集接口與TMS320DM642的視頻口連接原理圖如圖3所示。

當相機輸出一行有效圖像數(shù)據(jù)時，TMS320DM642的視頻口在圖像時鐘的上升沿將解串的圖像信號采集到視頻口的內(nèi)部高速FIFO中。當內(nèi)部FIFO緩存超過編程門限（threshold）后將自動觸發(fā)一個專用EMDA通道將FIFO中的圖像數(shù)據(jù)搬移到SDRAM中。整個視頻的采集過程都沒有DSP干預(yù)，避免了由于數(shù)據(jù)搬運而引發(fā)的錯誤同時減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)資源開銷。

2．2 相機控制電路

Camera Link標準中規(guī)定了4位相機控制信號：CC1、CC2、CC3和CC4，需要一個4位的LVDS驅(qū)動器，DALSASpyder2相機遵循Camera Link標準采用了CC1、CC2、CC3三個相機控制位，分別完成外部同步控制、像素重置控制和采集方向控制，CC4控制位暫時閑置。采用National Sem-ieondueor公司的DS90LV047A芯片來驅(qū)動這4位相機控制信號，如圖4所示。

DS90LV047A將CPLD發(fā)送過來的外部控制信號轉(zhuǎn)化為符合LVDS標準的控制信號。相機控制信號的使用是可選擇的，像DALSA Spyder2系列，沒有控制信號的參與也能完成采集。

2．3 相機通信電路

DALSA Spyder2相機需要一組由9 600 bps、一個開始位、一個結(jié)束位、無校驗位組成的串行異步信號（±SerT-FG、±SerTC）來進行相機參數(shù)的設(shè)置和信息反饋。本設(shè)計選用了National Semieonducor公司的DS90LV019集成驅(qū)動器／接收器來進行TTL／LVDS轉(zhuǎn)換，如圖5所示。

DS90LV019有4種工作模式，模式的選擇由DE和／RE兩個信號的狀態(tài)決定。當DE和／RE都為高時，IC工作在驅(qū)動模式；當DE和／RE都為低時，IC工作于接收模式；當DE為低，／RE為高時，IC工作在三態(tài)模式；當DE為高，／RE為低時，IC工作在全雙工模式。這里采用一片DS90LV 019作為串行通信LVDS信號的收發(fā)器，工作于全雙工模式。再用Maxim公司的MAX3221來進行TTL／RS232電平問的轉(zhuǎn)換。控制端通過RS232接口發(fā)送的相機命令再通過DS90LV019傳送給相機，相機接收后給出的反饋信息再通過DS90LV019和MAX3221傳送給控制端。

3 軟件設(shè)計

DDK是TI公司用來簡化設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的軟件套件，它提供了一些外設(shè)的完全驅(qū)動函數(shù)，其中就有Video Port專用的Mini-driver驅(qū)動程序庫。

視頻驅(qū)動程序主要包括微驅(qū)動、類驅(qū)動和中間接口3個方面的設(shè)計。視頻采集驅(qū)動程序中，在GIO類驅(qū)動程序的基礎(chǔ)上進一步封裝成FVID類。將微驅(qū)動細分為視頻端口類和制定的編解碼芯片微驅(qū)動，兩者之間通過外部設(shè)備控制接口EDC實現(xiàn)對外圍芯片的打開、控制和關(guān)閉等操作。

為了實現(xiàn)Camera Link相機圖像數(shù)據(jù)的采集，TMS320DM642的視頻口必須被配置為RAW DATA采集方式。與通常的BT．656采集方式不同，當Video Port工作于RAW DATA采集方式下，TMS320DM642不會進行數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)判斷，而BT．656方式需要判斷SAV／EAV同步碼，RAW DATA采集方式主要用于從ADC獲取原始的圖像數(shù)據(jù)。

在RAW DATA采集方式下，當CAPEN信號（VP0_CTL0）被使能時，Video Port開始采集VPOD數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)的大小可以通過VCxST-OP1的VCXSTOP和VCYSTOP位進行設(shè)置，通過VCXSTOP和VCYSTOP的組合，TMS320DM642允許單幀最多采集4 096Kb個采樣數(shù)據(jù)。當采集數(shù)據(jù)達到VCXSTOP和VCYSTOP所設(shè)置的值的時候，采樣完成，此后，CAPEN信號必須保持至少2個時鐘周期的無效狀態(tài)。系統(tǒng)中設(shè)置采集幀大小為2048pix ×256pix，及采集524288個數(shù)據(jù)后打包為一幀，系統(tǒng)采用相機的時鐘WCLK=25ns，行有效周期LVAL=50μs，行無效周期為150μs，150μs》》25 ns，能保證CAPEN至少2個時鐘周期無效狀態(tài)的要求。

幀同步處理對于RAW DATA方式的圖像采集是一個很關(guān)鍵的因素。由于RAw DATA采集方式的數(shù)據(jù)不包含任何類似于BT．656數(shù)據(jù)流那樣的幀啟／停標識碼（SAV／EAV CODE），也不提供外部的水平和垂直同步信號，幀同步時無法實現(xiàn)的，所以DDK自帶的Mini-driver驅(qū)動程序無法完成RAW DATA方式的圖像采集，則需要對Mini-driver驅(qū)動進行修改來實現(xiàn)RAW DATA采集，通過設(shè)置Video Port的第一場采樣開始寄存器VCxSTR-T1，并增加采樣垂直消隱間隔VCVBLNKP和開始同步使能位SSE來間接的實現(xiàn)幀同步功能。修改后的視頻采集結(jié)構(gòu)為：

當SSE位被置位且視頻口采樣使能信號有效，在2個垂直消隱間隔以后，視頻口開始采集數(shù)據(jù)。通過設(shè)置VCVBLNKP位，可以定義一個垂直消隱信號時間的長度。為了保證能在一幀數(shù)據(jù)開始的時候同步，系統(tǒng)將VCVBLNKP置位為0。

此外，系統(tǒng)采用的是DS90CR288A相機解碼芯片，不同于DDK中使用的SAA7121解碼芯片，所以在相機的接口配置中（VPORT_PortParams）需要對EBC接口進行修改。

DS90CR288A主要包括打開和關(guān)閉兩個操作，可以通過對外部CPLD中的相機控制寄存器VIDEO_CLR置位來操作。修改得到的EDC控制函數(shù)如下：

4 結(jié)論

本設(shè)計實現(xiàn)了TMS320DM642通過Video Port與Camera Link相機的無縫連接，硬件接口設(shè)計簡單，系統(tǒng)編程也很方便。整個圖像的采集都不用CPU的參與，可以提高整個系統(tǒng)的工作效率。

責任編輯：gt