PAL一體化攝像機設計

摘要：基于ICX229AK CCD芯片組設計了具有VGA接口的一體化攝像機。采用DSP+FPGA+ASIC的構架，完成了視頻信號的采集和多格式顯示。在FPGA中實(shí)現了自動(dòng)聚 焦、自動(dòng)光圈等功能，并擴展了鼠標驅動(dòng)及劃線(xiàn)、OSD顯示等實(shí)用功能。通過(guò)PWl226濾波放大處理，完成了PAL制數字視頻信號到VGA格式的轉換，分 辨率可達到1 024x768。實(shí)現了復合視頻、S-VIDEO和VGA 3種視頻信號的同時(shí)輸出。該一體化攝像機可用于視頻展臺及實(shí)時(shí)監控等方面，大大提高了輸出圖像質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：PAL；VGA；FPGA；自動(dòng)聚焦；圖像放大

一體化攝像機因其體積小巧、價(jià)格低廉，安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)廣泛應用于監控、教育、醫學(xué)等領(lǐng)域。一體化攝像機根據使用對象的情況和要求來(lái)進(jìn)行設計?；贔PGA 器件的可并行處理能力及其可重復編程的靈活性，提出了一種以DSP+FPGA+ASIC為架構的系統解決方案，改善了以往一體化攝像機功能擴展困難的問(wèn) 題，提高了圖像的質(zhì)量，擴大了其應用范圍。

1 系統硬件設計
系統硬件框圖如圖l所示。視頻采集模塊采用SONY公司攝像機套件，主要包括470 K像素PAL制CCDICX229AK，AFE(模擬前端)CXA2096N和專(zhuān)用DSPCXD4103。該模塊先將CCD采集到的圖像數據經(jīng)DSP處理 后，輸出分辨率為748x584的PAL制YUV(422)ITUREC656格式的數字視頻信號，同時(shí)輸出行、場(chǎng)參考信號和像素時(shí)鐘信號。這些信號先經(jīng) 過(guò)FPGA圖像處理模塊，實(shí)現自動(dòng)聚焦、4幅圖像存儲、鼠標驅動(dòng)及劃線(xiàn)功能、實(shí)時(shí)圖像與存儲圖像上下左右對比、OSD疊加、圖像凍結、負片顯示、鏡像、彩 色黑白選擇輸出等功能。處理后的信號最終送到視頻顯示模塊，經(jīng)過(guò)專(zhuān)用集成電路(PWl226)處理后產(chǎn)生RGB圖像信號及標準SVGA格式的行、場(chǎng)同步信 號，使圖像傳感器采集的圖像可在VGA顯示器上實(shí)時(shí)顯示。

1．1 視頻采集模塊
圖2為視頻采集模塊硬件框圖。系統上電后，DSP從EEPROM中讀取初始化信息。初始化完成后，DSP產(chǎn)生CCD行、場(chǎng)時(shí)序信號，同時(shí) 產(chǎn)生AFE(模擬前端)的采樣時(shí)序信號。CCD在行、場(chǎng)時(shí)序作用下，送出采集的原始圖像數據，在A(yíng)FE經(jīng)過(guò)CDS(相關(guān)雙采樣)、AGC(自動(dòng)增益控制) 后，將量化后的信號送入DSP。DSP內置10 bit的ADC將量化信號轉為數字信號，對其進(jìn)行噪聲濾波、電平箝位、自動(dòng)白平衡、邊緣增強等處理后，輸出PAL制YUV(4：2：2)格式的數字視頻信 號。同時(shí)DSP直接輸出復合視頻及S-VIDEO。

CCD周邊電路設計如圖3所示。ICX229AK為1／4英寸PAL補色圖像傳感器，其有效分辨率為PAL制752(H)x582(V)，工作電壓為12 V，采用14引腳DIP封裝；采用超HAD技術(shù)，具有很高的靈敏度并能獲得高飽和度的視頻信號；具有畫(huà)質(zhì)細膩、色彩鮮艷、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)。

該CCD采用12 V和-5 V電源供電，DSP時(shí)序發(fā)生器同時(shí)發(fā)出行、場(chǎng)時(shí)序驅動(dòng)信號，場(chǎng)驅動(dòng)信號通過(guò)CXDl267進(jìn)行放大整合后生成供給CCD的場(chǎng)時(shí)序驅動(dòng)信號V1、V2、 V3、V4，與DSP發(fā)出的行信號H1和H2同時(shí)送到CCD，使其開(kāi)始正常工作，采集到的電信號經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應管2SKl875放大，得到模擬輸出信號 CCDOUT，該信號送至采樣電路CXA2096。