PAL一體化攝像機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：基于ICX229AK CCD芯片組設(shè)計(jì)了具有VGA接口的一體化攝像機(jī)。采用DSP+FPGA+ASIC的構(gòu)架，完成了視頻信號(hào)的采集和多格式顯示。在FPGA中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)聚 焦、自動(dòng)光圈等功能，并擴(kuò)展了鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)及劃線、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(shù)字視頻信號(hào)到VGA格式的轉(zhuǎn)換，分 辨率可達(dá)到1 024x768。實(shí)現(xiàn)了復(fù)合視頻、S-VIDEO和VGA 3種視頻信號(hào)的同時(shí)輸出。該一體化攝像機(jī)可用于視頻展臺(tái)及實(shí)時(shí)監(jiān)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(jī)因其體積小巧、價(jià)格低廉，安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于監(jiān)控、教育、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。一體化攝像機(jī)根據(jù)使用對(duì)象的情況和要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)?；贔PGA 器件的可并行處理能力及其可重復(fù)編程的靈活性，提出了一種以DSP+FPGA+ASIC為架構(gòu)的系統(tǒng)解決方案，改善了以往一體化攝像機(jī)功能擴(kuò)展困難的問(wèn) 題，提高了圖像的質(zhì)量，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件框圖如圖l所示。視頻采集模塊采用SONY公司攝像機(jī)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(shù)據(jù)經(jīng)DSP處理 后，輸出分辨率為748x584的PAL制YUV(422)ITUREC656格式的數(shù)字視頻信號(hào)，同時(shí)輸出行、場(chǎng)參考信號(hào)和像素時(shí)鐘信號(hào)。這些信號(hào)先經(jīng) 過(guò)FPGA圖像處理模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦、4幅圖像存儲(chǔ)、鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)及劃線功能、實(shí)時(shí)圖像與存儲(chǔ)圖像上下左右對(duì)比、OSD疊加、圖像凍結(jié)、負(fù)片顯示、鏡像、彩 色黑白選擇輸出等功能。處理后的信號(hào)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(hào)及標(biāo)準(zhǔn)SVGA格式的行、場(chǎng)同步信 號(hào)，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(tǒng)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(hào)，同時(shí) 產(chǎn)生AFE(模擬前端)的采樣時(shí)序信號(hào)。CCD在行、場(chǎng)時(shí)序作用下，送出采集的原始圖像數(shù)據(jù)，在AFE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(hào)送入DSP。DSP內(nèi)置10 bit的ADC將量化信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行噪聲濾波、電平箝位、自動(dòng)白平衡、邊緣增強(qiáng)等處理后，輸出PAL制YUV(4：2：2)格式的數(shù)字視頻信 號(hào)。同時(shí)DSP直接輸出復(fù)合視頻及S-VIDEO。

CCD周邊電路設(shè)計(jì)如圖3所示。ICX229AK為1／4英寸PAL補(bǔ)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(hào)；具有畫(huà)質(zhì)細(xì)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(qū)動(dòng)信號(hào)，場(chǎng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)CXDl267進(jìn)行放大整合后生成供給CCD的場(chǎng)時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)V1、V2、 V3、V4，與DSP發(fā)出的行信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管2SKl875放大，得到模擬輸出信號(hào) CCDOUT，該信號(hào)送至采樣電路CXA2096。