用DSP技術(shù)從模擬視頻信號中獲取數字圖像

引 言
    圖像處理系統中圖像源獲取手段有很多種，同樣圖像的傳感器也是多種多樣的?，F在比較流行的傳感器有CCD、CMOS、CIS等等。這些傳感器對于圖像數據輸出的格式各不相同，例如CCD輸出的是模擬信號，需要通過(guò)A／D的采樣才能得到圖像處理所需要的數字圖像信號；而CMOS傳感器則直接輸出數字信號。這樣必然會(huì )對圖像處理系統的通用性造成很大的影響。當圖像傳感器更改或者圖像的分辨率發(fā)生更改以后，都會(huì )導致圖像處理系統做出相應的修改，這樣在很大程度上限制了專(zhuān)用圖像處理板的應用范圍以及通用性。
    由于電視技術(shù)早已得到了廣泛的普及，為了保證電視的通用性，世界上早已對其可以使用的模擬視頻信號做出了統一的規定。在歐洲以及中國，模擬視頻信號主要采取的是PAL制式；而在北美以及日本，模擬視頻信號主要采取的是NTSC制式。正是由于模擬視頻信號制式的統一，所以導致很多技術(shù)成熟的圖像獲取設備，例如攝像機、照相機等都有模擬視頻信號的輸出接口。
    本設計方案旨在利用上述的有利條件，提出一套基于TMS320C6x11系列DSP的圖像獲取方案，利用模擬視頻信號的統一性，實(shí)現隨意更換帶有標準模擬視頻信號輸出接口的圖像設備而無(wú)需在圖像處理系統的硬件和軟件上作修改。同時(shí)，本方案還需提供一個(gè)相對通用的數字視頻接口，可以適應TMS320C6xll系列DSP的接口。本設計的主要技術(shù)要求有：
    ①支持標準的模擬視頻輸入接口，可以對標準的模擬視頻信號解碼得到數字圖像數據；
    ②在不降低圖像幅面的前提下，圖像采集速度快，滿(mǎn)足一定的實(shí)時(shí)性要求；
    ③占用CPU時(shí)間少，使得圖像采集過(guò)程在后臺自主完成；
    ④數字圖像接口通用性好，可以在TMS320C6u1l系列乎臺上通用互換。

1 總體方案設計
1.1 方案的選擇
    目前，解碼模擬視頻信號主要的方法有：采用A／D采樣模擬視頻信號和采用專(zhuān)用的模擬視頻信號解碼器。對于前一種方案需要的外部芯片較少，只需A／D轉換芯片即可；但是需要占用大量的CPU時(shí)間，在采集圖像的過(guò)程中CPU基本沒(méi)有額外的時(shí)間處理圖像。這個(gè)問(wèn)題通常會(huì )導致圖像處理系統處理圖像的時(shí)間嚴重不足。后一種方案采用專(zhuān)門(mén)的模擬視頻信號解碼器，需要一些額外的接口芯片，但是可以節約大量的CPU時(shí)間，圖像采集過(guò)程可以全部在后臺完成，基本上不需要CPU的干預。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對于圖像處理系統，特別是算法比較復雜的處理系統（例如視頻監控系統）有著(zhù)非常大的吸引力，所以本方案決定采用后者。
    本方案中一個(gè)難點(diǎn)是：由模擬視頻信號解碼得出的數字視頻信號數據量非常大，而且由于是實(shí)時(shí)視頻信號，所以數據輸出速率也非常高；但是相反，DSP外部存儲器接口的讀出速率卻比較慢。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本方案采取了兩種緩沖方式．首先是使用高速FIFO，對數據進(jìn)行暫存以緩解速度上的差異，但是這樣的緩沖還不足以平衡兩者之間的速度差異。
    于是在本方案中提出了“隔行采樣”的思想。通常，隔行采樣會(huì )使得分辨率下降，例如每四行采樣一行數據，會(huì )使得圖像垂直方向上的行數下降到原來(lái)的1／4。這不是設計所希望的，所以為了保證圖像的分辨率，設計中在隔行采樣的同時(shí)，將一整幅圖像的行數據交錯分多次采樣，然后再重新組合成一幅完整的圖像。這樣既起到了緩沖速度差異的作用，又保證了圖像的分辨率。
    最后本方案確定的思路是，采用FIFO來(lái)暫存一行圖像數據，視頻解碼器直接向FIF0中寫(xiě)入圖像數據。當FIFO中寫(xiě)入了有效圖像數據后，由CPLD向DSP發(fā)出中斷請求；同時(shí)，DSP接到中斷請求后，啟動(dòng)DMA方式將一行圖像數據從FIFO中讀入到其外部RAM中存放。CPLD主要完成“隔行采樣”的實(shí)現、控制解碼器向FIFO中寫(xiě)入數據以及DSF從FIFO中讀出數據。

    另外，本方案目前主要是針對PAL制式模擬信號的。PAL制模擬信號傳輸的圖像幅面大小為720