基于DVI接口的圖像總線(xiàn)控制系統

摘要：設計了一種基于DVI接口的高速圖像采集控制系統。該系統能夠穩定采集Camlink接口的高速CCD傳輸的數字信號，并能提供一路DVI接口高清顯示和一路PAL制式復合視頻。系統可與上位機通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現數據交互，并提供數字視頻信號給壓縮存儲單元和圖像處理單元。系統硬件結構簡(jiǎn)單，工作穩定可靠，能夠廣泛應用于圖像處理領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：DVI；Camlink；圖像處理；PAL

引言
帶有DVI接口的顯示器和顯卡越來(lái)越普及，DVI(Digital Visual Interface)是1999年由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同組成的DDWG(Digital Display Working Group，數字顯示工作組)推出的接口標準。
和傳統的VGA信號相比，采用DVI信號的液晶顯示器不存在相位問(wèn)題，不會(huì )引起像素抖動(dòng)和相鄰像素間的干擾。另外，采用DVI信號后，顯示器不會(huì )造成幾何失真，大大提高了畫(huà)面的質(zhì)量。而在圖像處理領(lǐng)域，從采集到壓縮、存儲、顯示，不斷提高的跟蹤測量參數對視頻信號提出了越來(lái)越高的速度要求。高幀頻CCD相機、大容量固態(tài)硬盤(pán)、高速DSP越來(lái)越多地應用于工程實(shí)踐中?？梢灶A見(jiàn)，高速視頻信號采集和高質(zhì)量圖像疊加顯示在實(shí)踐中的有機結合，將會(huì )在圖像處理領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
本文設計了一種基于DVI接口的圖像總線(xiàn)控制系統，該系統將高速視頻信號采集后通過(guò)DVI接口進(jìn)行視頻疊加處理，從而實(shí)現了采集信號的高清顯示。除此以外，也提供了高速數字信號的PAL模擬轉換功能和高速數字信號的壓縮、處理、存儲、傳輸功能，能夠滿(mǎn)足圖像處理領(lǐng)域的多種需求。

1 系統設計
系統由視頻數據接口、CAN總線(xiàn)通信模塊、PAL模塊等組成。硬件電路主要器件包括FPGA芯片系列EP3C120F780C7、DVI接口模塊、單片機C8051F500、視頻編碼器SAA7128等。系統結構框圖如圖1所示。

系統的控制模塊接收高速攝像機采集的數字視頻信號后進(jìn)行圖像處理，可與上位機顯卡DVI輸入信號進(jìn)行疊加后，通過(guò)DVI通道進(jìn)行高清顯示。同時(shí)，系統提供了一路PAL電視通道，可將高速數字信號轉換為模擬PAL制式信號給TV監視器進(jìn)行圖像監控。該系統還可以將視頻信號通過(guò)總線(xiàn)通道傳遞給壓縮存儲設備進(jìn)行視頻壓縮存儲和圖像處理。系統能通過(guò)CAN總線(xiàn)與上位機進(jìn)行數據通信，給上位機傳遞相關(guān)處理參數，并從上位機得到相關(guān)指令。

2 視頻數據接口
系統采用Camlink接口的CCD，基于Camlink接口的CCD傳輸速度快，分辨率高，色彩和灰度變化豐富。Camlink技術(shù)是美國國家半導體公司提出的一種新型數字相機接口技術(shù)，具有數據傳輸速度快、通信和控制功能強、接口方便等特點(diǎn)。該技術(shù)在高靈敏度、高分辨率的相機設計中得到廣泛應用。
系統為高速CCD采集的視頻信號提供全數字通道。高速CCD通過(guò)編解碼后將數字視頻信號傳遞給EP3C120F780C7，EP3C120F780C7將高速視頻信號傳遞給圖像處理單元進(jìn)行圖像處理；也可將高速視頻信號傳遞給專(zhuān)用壓縮存儲單元進(jìn)行視頻壓縮存儲，以供處理平臺進(jìn)行事后處理。

3 DVI接口模塊
DVI是以Silicon Image公司的PanalLink接口技術(shù)為基礎，以TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號)電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種接口微分信號機制，可以將像素數據編碼，并通過(guò)串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數字信號由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后，通過(guò)TMDS通道發(fā)送給接收器，經(jīng)過(guò)解碼送給數字顯示設備。
系統設計的DVI接口模塊包括一個(gè)傳送器和一個(gè)接收器。傳送器是信號的來(lái)源，本系統采用的是TI公司的TFP410，它可以將數字信號轉換為DVI接口差分信號。而接收器則選用TI公司的TFP401，它可以接收DVI的差分信號，將其解碼并傳遞到數字顯示電路中。外部視頻流通過(guò)FPGA與TFP401編碼的DVI信號進(jìn)行疊加，疊加后的數字信號通過(guò)TFP410解碼后送給DVI顯示器顯示。DVI接口模塊結構框圖如圖2所示。

DVI數字信號傳輸有單連接和雙連接兩種方式。采用單連接時(shí)，其傳輸速率可達4．9 Gbps，雙連接則可達9．9 Gbps。系統采用的是單連接方式。