摘要：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，具有圖像功能的嵌入式應(yīng)用愈來愈多。從數(shù)碼相機(jī)、可視電話、多功能移動(dòng)電話等消費(fèi)產(chǎn)品到門禁、數(shù)字視頻監(jiān)視等工業(yè)控制及安防產(chǎn)品，圖像采集和處理已成為重要的組成部分之一。圖像采集需要進(jìn)行同步信號(hào)的處理，比通常的A/D數(shù)據(jù)采集過程復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)也較為困難。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng),圖像采集,電路設(shè)計(jì)

　　Abstract: In this paper, we present two different interfaces between digital a image sensors and a processor for embed systems, I/O mode and DMW (Direct Memory Write) mode. In I/O mode, processor can read image data through I/O port, and the interface is simple. In DMW mode, image data can be write into RAM directly while a processor is suspended.

　　Key words: Embed System, Image Capture, Electronic Circuit

　　一、引言

　　傳統(tǒng)PC上的圖像采集卡都是在Philips、Brooktree等半導(dǎo)體公司提供的接口芯片基礎(chǔ)上，由專業(yè)公司開發(fā)生產(chǎn)。在嵌入式系統(tǒng)中不同的處理器和圖像傳感器的信號(hào)定義及接口方式不同，沒有通用的接口芯片。另外，利用系統(tǒng)中的現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)圖像采集電路，可以減少器件數(shù)量、縮小產(chǎn)品體積和降低系統(tǒng)成本。所以，通常嵌入式系統(tǒng)中要求自行設(shè)計(jì)圖像采集接口電路。本文針對(duì)不同采集速度的要求，提出了兩種圖像采集接口電路的設(shè)計(jì)方法。

　　目前市場上主流的圖像傳感器有CCD、CMOS兩種器件，其中CMOS器件上世紀(jì)90年代產(chǎn)生，近年來得到了迅速發(fā)展。傳感器的輸出有模擬和數(shù)字兩種。由于CMOS器件功耗小、使用方便，具有直接數(shù)字圖像輸出功能，作者在設(shè)計(jì)時(shí)選用了CMOS數(shù)字輸出圖像傳感器件。其他方式器件的接口設(shè)計(jì)與此類似，將在討論中說明。

　　本文內(nèi)容做如下安排：第二部分簡述圖像信號(hào)的特點(diǎn);第三、四部分分別介紹I/O和內(nèi)存直接寫入兩種接口設(shè)計(jì)方法;最后部分是討論。

　　二、圖像信號(hào)介紹

　　圖1給出了采樣時(shí)鐘(PCLK)和輸出數(shù)據(jù)(D)之間的時(shí)序關(guān)系。在讀取圖像數(shù)據(jù)時(shí)用PCLK鎖存輸出數(shù)據(jù)。除采樣時(shí)鐘(PCLK)和數(shù)據(jù)輸出(D)外，還有水平方向的行同步信號(hào)(HSYNC))和垂直方向的場同步信號(hào)(VSYNC)。對(duì)于隔行掃描器件，還有幀同步信號(hào)(FRAME)。如圖2，一幀包括兩場。圖2中窄的矩形條是同步脈沖，同步脈沖期間數(shù)據(jù)端口輸出的數(shù)據(jù)無效。

　　PLCK存在時(shí)，圖像數(shù)據(jù)端口連續(xù)不斷地輸出數(shù)據(jù)。由于行之間以及場之間輸出數(shù)據(jù)無效，在采集圖像數(shù)據(jù)必須考慮同步信號(hào)，讀取有效數(shù)據(jù)才能保證圖像的完整性。

　　三、I/O接口設(shè)計(jì)

　　對(duì)于MCU、DSP處理器，I/O是最方便的訪問方式之一。以I/O方式讀取圖像數(shù)據(jù)不僅可以簡化電路設(shè)計(jì)，而且程序也很簡單。但由于讀取每一個(gè)像素都要檢測狀態(tài)，在處理器速度低的情況下，讀取圖像慢。在處理器速度快或圖像采集速度要求不高的應(yīng)用中，I/O接口方式是一個(gè)較好的選擇。

　　1、電路原理和結(jié)構(gòu)

　　在圖像傳感器和處理器之間，利用兩個(gè)鎖存器分別鎖存狀態(tài)和圖像數(shù)據(jù)，處理器通過兩個(gè)I/O端口分別讀取。圖3中，在采樣時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)鎖存器保存?zhèn)鞲衅鬏敵龅膱D像數(shù)據(jù)，當(dāng)處理器通過I/O口讀取圖像時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器輸出數(shù)據(jù)。其它情況下，鎖存器輸出處于高阻狀態(tài)。處理器通過狀態(tài)鎖存器讀取同步信號(hào)和圖像就緒(Ready)指示信號(hào)。在數(shù)據(jù)鎖存器保存圖像數(shù)據(jù)的同時(shí)，狀態(tài)鎖存器產(chǎn)生Ready信號(hào)(從‘0’到‘1’)。處理器讀取圖像數(shù)據(jù)時(shí)，Ready信號(hào)自動(dòng)清除(從‘1’到‘0’)。處理器讀取狀態(tài)時(shí)鎖存器驅(qū)動(dòng)總線，其他情況下輸出處于高阻狀態(tài)。

　　2、圖像讀取流程

　　要保證圖像的完整性就必須從一場圖像的第一行開始讀取，對(duì)于隔行掃描輸出的圖像則必須從一幀的第一行開始讀取。讀取每行圖像數(shù)據(jù)時(shí)，則從該行的第一個(gè)像素開始。因此，在讀取圖像數(shù)據(jù)前應(yīng)先判斷場和行的起始位置。圖4是通過I/O接口方式讀取圖像數(shù)據(jù)的流程。讀取每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)前先查詢數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好則讀取數(shù)據(jù)。

　　3、同步信號(hào)檢測

　　為了簡化電路設(shè)計(jì)，用處理器直接讀取同步信號(hào)，然后找出場和行的起始位置。

　　從圖2可以看出，處理器讀取同步信號(hào)時(shí)，信號(hào)可能處在同步脈沖狀態(tài)(‘1’)或正常狀態(tài)(‘0‘)。對(duì)于那些同步信號(hào)反向的器件，則分別為‘0’和‘1’。如果信號(hào)處于同步脈沖狀態(tài)，第一次檢測到的正常狀態(tài)就起始位置。如果信號(hào)處于正常狀態(tài)，則首先檢測到脈沖狀態(tài)，然后用同樣的方法確定起始位置。

　　通過上述方法可以檢測出場的起始位置和行起始位置。