基于TMS320DM642的CCD圖像采集系統設計

　　本文提出了一種實(shí)時(shí)圖像采集和處理系統的設計方法，該系統以TMS320DM642[1-2]為核心，結合視頻解碼芯片SAA7115H和OSD FPGA構成實(shí)時(shí)圖像采集和處理系統電路。

　　1 系統總體設計

　　1.1 系統結構

　　本系統以TMS320DM642為核心，采用模塊化設計思想，整個(gè)系統主要由視頻解碼芯片(A/D轉換芯片)、可編程邏輯門(mén)陣列(OSD FPGA)、TMS320DM642及外圍電路組成。外圍電路主要包括CCD攝像機、SDRAM圖像存儲器、FLASH程序存儲器及TMS320DM642外圍電路(復位、電源連接等)。圖1為該系統的結構框圖。

　　1.2 系統工作原理

　　由CCD攝像頭攝入的PAL制圖像傳送到SAA7115解碼器，SAA7115解碼器將信號轉變成并行的BT.656圖像碼流送至TMS320DM642視頻口VP0，TMS320DM642將其再解碼，得到YUV(4:2:2)格式的圖像，并通過(guò)EDMA傳輸到動(dòng)態(tài)存貯器(SDRAM)中存儲，圖像大小為每場(chǎng)720×288(寬×高)，每幀720×576(寬×高)。CPU通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)SDRAM中的圖像數據，依照相應的程序進(jìn)行相應的圖像處理。

　　在實(shí)時(shí)圖像處理系統中，為了不影響數據處理速度，需要在恒速的CCD圖像采集與變速的TMS320DM642圖像處理之間加入緩沖電路，緩沖采用TMS320DM642視頻口的片內FIFO和片外SDRAM的乒乓緩存結構。“乒乓操作”是一個(gè)經(jīng)常應用于數據流控制的處理方法，如圖2所示，其處理流程為：輸入數據流通過(guò)指針等時(shí)地將數據流分配到數據緩沖區1、2和3中，在第1幀的時(shí)間，將輸入的數據流緩存到1;第2幀將輸入的數據流緩存到2，與此同時(shí)，將1的數據作運算處理。在下個(gè)緩沖周期，再次切換，將輸入的數據流緩存到3，與此同時(shí)，將2的數據運算處理。如此循環(huán)，A、B、C、D、E為其5種狀態(tài)。

　　乒乓操作的最大特點(diǎn)是按節拍、相互配合地切換，將經(jīng)過(guò)緩沖的數據流不停頓地進(jìn)行運算及處理。把乒乓操作模塊當作一個(gè)整體，此模塊兩端的輸入數據流與輸出數據流均是連續不斷的，沒(méi)有任何停頓，因此非常適合進(jìn)行流水線(xiàn)式處理，完成數據的無(wú)縫緩沖與處理。

　　2 功能模塊設計

　　2.1 視頻采集模塊

　　本系統采用Philips公司的SAA7115視頻解碼芯片將CCD模擬視頻進(jìn)行數字化，然后傳給TMS320DM642的視頻端口進(jìn)行處理，同時(shí)分離水平同步(XRH)和垂直同步(XRV)等信號。

　　視頻解碼芯片采用SAA7115，省去時(shí)鐘同步電路的設計，簡(jiǎn)化接口電路，提高系統的可靠性。由攝像機采集到的模擬信號經(jīng)過(guò)視頻端子進(jìn)入到解碼器SAA7115的模擬端Al11，經(jīng)模擬處理和A/D轉換后產(chǎn)生數字色度信號和亮度信號，分別對其進(jìn)行處理。亮度信號處理的結果一路送到信號處理器，進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生Y和UV信號，經(jīng)格式化后采用4:2:2 YUV格式從IPD[7-0]輸出直接連接到TMS320DM642視頻口的VP0[9-2]管腳;另一路經(jīng)過(guò)同步分離器，由數字PLL產(chǎn)生相應的同步信號與TMS320DM642的VP0CTL0和VP0CTL1相連，同時(shí)PLL驅動(dòng)時(shí)鐘發(fā)生器，產(chǎn)生27 MHz的時(shí)鐘同步信號LLC，輸出到TMS320DM642的VP0CLK0管腳。解碼器SAA7115與TMS320DM642的視頻接口的原理如圖3所示。

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