一種數碼相機成像和視頻處理前端的設計

   關(guān)鍵詞：數碼相機 TVP5040 TMS320DSC 系列DSP CCD

目前，數字類(lèi)消費電子產(chǎn)品的需求率增長(cháng)驚人。在這些產(chǎn)品中，成像和視頻類(lèi)產(chǎn)品比重很大。在這些影像產(chǎn)品中，無(wú)論是數碼相機還是內置數碼相機的可拍照手機，或者其它數字成像和視頻終端產(chǎn)品，都需要成像和視頻處理前端與其協(xié)同工作。

德州儀器公司（TI）在推動(dòng)新興消費類(lèi)產(chǎn)品的高級圖像應用方面及時(shí)跟進(jìn)，發(fā)布了目前業(yè)界性能最為卓越的基于數字信號處理器（TMS320DSC系列DSP）的解決方案。這種低功耗、完全可編程的DSP解決方案，使實(shí)時(shí)視頻功能在成像終端上的應用成為可能。TMS320DSC系列芯片在一個(gè)單一器件中集成了兩項功能：超低功耗的TMS320C5000用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)媒體處理；一個(gè)ARM7TDMI RISC處理器以實(shí)現系統控制功能?？删幊痰挠布嗝襟w加速器可以進(jìn)行并發(fā)性處理，以增強專(zhuān)用成像和視頻性能。

TI還提供了一系列成像和視頻處理前端產(chǎn)品，可與TMS320DSC系列DSP進(jìn)行無(wú)縫工作。TVP5031、TVP5040和TVP5145使用戶(hù)能夠將模擬視頻信號轉換成TMS320DSC系列芯片可以處理的數字數據。

1 數碼相機的成像和視頻處理前端

數碼相機市場(chǎng)通常被劃分為高端（400萬(wàn)像素以上）、中端（330、210萬(wàn)像素）與低端（百萬(wàn)像素以下①三種檔次。針對不同的市場(chǎng)，大部分廠(chǎng)商會(huì )根據CCD和CMOS的差異而采取不同的解決方案，而采用TMS320DSC系列DSP的數碼相機解決方案則可兼顧。從入門(mén)產(chǎn)品到最高級設計的整個(gè)相機系統或其它影像產(chǎn)品，都可由這個(gè)系列DSP的可編程能力而輕松實(shí)現，這是其優(yōu)勢之一。其次，成像和視頻處理前端TVP5031、TVP5040和TVP5145的可編程能力，使得開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)更新的算法和標準來(lái)升級或更改模塊前端的處理。

    一般來(lái)說(shuō)，數碼相機的成像和視頻處理前端主要是鏡頭模塊（包含CCD傳感器、鏡頭和馬達）與模擬前端電路（AFE）。本文所述的成像和視頻處理前端與專(zhuān)用數字處理器TMS320DSC的接口設計如圖1所示。

驅動(dòng)電路和時(shí)序生成器件產(chǎn)生CCD或CMOS所需要的時(shí)鐘信號，模擬前端的作用是將圖像傳感器輸出的模擬圖像信號鉗位放大，并完成A/D轉換，這里采用TVP5040。TMS320DSC系列DSP含有圖像處理和時(shí)序控制電路，通過(guò)I/O接口可以控制時(shí)序產(chǎn)生，通過(guò)CCD控制器可以正確接收垂直同步（VD）和水平同步（HD）信號。經(jīng)過(guò)相關(guān)配置以后，DSP就可以接受TVP5040輸出的CCD原始數據了。

2 NTSC/PAL數字視頻解碼器TVP5040

TVP5040作為一款高質(zhì)量單芯片數字視頻解碼器，可能很方便的將模擬視頻信號轉換成數字視頻。它包括業(yè)界領(lǐng)先的2個(gè)10位高速2x過(guò)抽樣A/D轉換器。接受標準的NTSC/PAL制式的復合視頻信號和S-Video信號輸入，輸出格式可以是8位、10位、16位或20位4：2：2（YcbCr）子采樣格式，也可以是8位或10位ITU-RBT，656定義的標準輸出（帶嵌入同步）。采樣可以是矩形像素或者遵循ITU-RBT.601協(xié)議。TVO5040利用德州儀器的專(zhuān)利技術(shù)，對那些微弱、不穩定的信號進(jìn)行捕捉，并去除噪聲。

其三線(xiàn)互補自適應梳狀濾波器，可以降低色度和亮度的交叉影響。利用所支持的主機端口和接口I2C、3個(gè)并行主機接口（PHI）或VIP模式，可對視頻特性，如色調、對比度和飽和度等進(jìn)行編程操作。TVP5040產(chǎn)生同步、消隱、場(chǎng)和鎖存信號，以及數字視頻輸出。同時(shí)，具有先進(jìn)的垂直消隱區間數據恢復功能，內置FIFO可存儲高達14行的圖文電視數據。

TVP5040主要包括以下模塊：

*模擬信號處理器和A/D轉換器（AGC，AD）；

*Y/C分離電路（Luma/Chroma separation）;

*色度處理（chrominance processing）;

*亮度處理器（luminance processing）;

*時(shí)鐘處理與節電控制；

*輸出格式化器（outputformatter）；

*主機端口接口（interface）；

*VBI數據處理器（VBI）；

*增強型Macrovision檢測（Macrovision detection）。

    模塊功能如圖2所示。

TVP5040由一組內部寄存器初始化并控制，它們設置所有的操作參數。為了能夠正確設置寄存器的參數，主機在上電復位時(shí)，必須向TVP5040下載微代碼，以使TVP5040的內部微處理器對內部寄存器編程。由于微代碼較大，TVP5040提供了不同的主機端口接口，包括I2C端口（I2C Interface）、3個(gè)并行主機接口（PHI Interface）和視頻端口接口（VIP Interface）用于下載和進(jìn)一步的配置。主機接口用于初始化內部微處理器，讀寫(xiě)狀態(tài)寄存器以及訪(fǎng)問(wèn)分片VBI數據（sliced VBI data）。這些接口模式是在上電復位或是組合使用GLCO、PALI和FID引腳復位時(shí)確定的。

外部控制器通過(guò)標準的主機端口接口與TVP5040通信。TVP5040有一個(gè)內部微處理器，還有相連的100K的指令RAM。微處理器控制芯片的功能包括PLL操作、AGC、同步和寄存器配置等。這種可編程結構使得TVP5040可以利用更新的算法來(lái)提高性能。每次上電啟動(dòng)的時(shí)候都要下載用于內部微處理器的微代碼。

控制每行像素數的采樣頻率是不同的，這取決于視頻格式和標準。TVP5040的視頻端口輸出格式時(shí)序如圖3所示。其它還有水平、垂直同步以及場(chǎng)同步信號的時(shí)序圖，限于篇幅，就不一一列出了。

3 TMS320DSC系列DSP的CCD控制器

TMS320DSCX系列DSP的圖像功能單元CCD控制器為CCD和CMOS圖像傳感器提供了必需的邏輯，對逐行和隔行掃描CCD或CMOS圖像傳感器給予了很好的支持。CCD控制器可以編程控制，有20個(gè)寄存器需要設置，由TMS320DSCX控制，能支持高達4096