視頻圖像數(shù)據(jù)采集方法研究

　　視頻圖像采集的方法很多，分為2大類：自動(dòng)圖像采集和基于處理器的圖像采集。前者采用專用圖像采集芯片，自動(dòng)完成圖像的采集、幀存儲(chǔ)器地址生成以及圖像數(shù)據(jù)的刷新；除了要對(duì)采集模式進(jìn)行設(shè)定外，主處理器不參與采集過(guò)程。這種方法的特點(diǎn)是采集不占用CPU的時(shí)問(wèn)，實(shí)時(shí)性好，適應(yīng)活動(dòng)圖像的采集，但電路較復(fù)雜、成本較高。后者采用通用視頻A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)圖像的采集，不能完成圖像的自動(dòng)采集，整個(gè)采集過(guò)程在CPU的控制下完成，由CPU啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，讀取A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入幀存儲(chǔ)器。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集占用CPU的時(shí)間，對(duì)處理器的速度要求高，但電路簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，能夠滿足某些圖像采集系統(tǒng)需要。基于TMS320C5402(C5402)芯片，研究一種視頻圖像數(shù)據(jù)采集的方法。

1 器件簡(jiǎn)介

1.1 TLC5510簡(jiǎn)介

　　TLC5510是美國(guó)德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的CMOS，8位高阻抗并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。它依靠+5 V單電源工作，能提供最小20 MS／s的采樣速率。與閃速轉(zhuǎn)換器相比，TLC5510采用半閃存結(jié)構(gòu)及CMOS工藝，因而大大減少了器件中比較器的數(shù)目。在縮小芯片尺寸的同時(shí)，可以保持高速轉(zhuǎn)換及較低的功率。由于其包含內(nèi)部采樣和保持電路，從而大大地簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，無(wú)需外部基準(zhǔn)電壓和精密電阻，僅使用內(nèi)部基準(zhǔn)電阻和VDDA構(gòu)成基準(zhǔn)電壓分壓器即可實(shí)現(xiàn)2 V的滿量程轉(zhuǎn)換范圍。

　　TLC5510的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　由圖1中可以看出：TLC5510模／數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓器、1套高4位采樣比較器、編碼器、鎖存器、2套低4位采樣比較器、編碼器和1個(gè)低4位鎖存器等元器件電路。TLC5510的外部時(shí)鐘信號(hào)CLK通過(guò)其內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器可產(chǎn)生3路內(nèi)部時(shí)鐘，以驅(qū)動(dòng)3組采樣比較器?；鶞?zhǔn)電壓分壓器則可用來(lái)為這3組比較器提供基準(zhǔn)電壓。輸出A／D信號(hào)的高4位由高4位編碼器直接提供，而低4位的采樣數(shù)據(jù)則由兩個(gè)低4位的編碼器交替提供。當(dāng)使用內(nèi)部電壓分壓器產(chǎn)生2 V基準(zhǔn)電壓時(shí)，REFTS短路至REFT端，REFBS短路至REFB端。

1.2 D觸發(fā)器74HC74簡(jiǎn)介

　　邊沿觸發(fā)器是一種在CP觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)，輸入端受干擾時(shí)間短、受干擾可能性小的觸發(fā)器。74HC74觸發(fā)器正是這種帶有預(yù)置(SD)、清零(RD)輸入、上跳沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。其功能表如表1所示：

　　由表1可知，該觸發(fā)器在遇到時(shí)鐘信號(hào)上跳沿時(shí)發(fā)生跳變。并且正常工作時(shí)有效控制端SD、RD置高電位。

1.3 TMS320C5402簡(jiǎn)介

　　TMS320C5402是16 b定點(diǎn)的，使用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)(1組程序存儲(chǔ)總線、3組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)總線、4組地址總線)，具有專用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外圍設(shè)備以及一個(gè)高度專業(yè)化的指令集。該處理器芯片具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、町靠性高、處理功能強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)。主要應(yīng)用于語(yǔ)音處理、圖像采集處理、模式識(shí)別及工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域，滿足了對(duì)信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求。并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。

1.4 74F245簡(jiǎn)介

　　74F245是一種8進(jìn)制的具有三態(tài)輸出、能夠雙向傳輸?shù)碾p向緩沖器。端和端分別作為其有效控制端和方向控制端，經(jīng)特殊沒(méi)計(jì)，三態(tài)輸出B端能夠有效防止輸出總線過(guò)載，起到保護(hù)芯片的作用。,均接低電位時(shí)，A端為輸出端，B端為輸入端；接低電位，接高電位時(shí)，A端為輸入端，B端為輸出端；接高電位時(shí)，B端輸出為高阻態(tài)。本文接法采用第二種情況。

2 電路原理

　　視頻圖像數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示，由雙向緩沖器、視頻A／D轉(zhuǎn)換器、DSP處理器等組成。

　　通過(guò)程序中對(duì)系統(tǒng)初始化可以把C5402的時(shí)鐘頻率設(shè)定為20 MHz。將C5402的CLKOUT輸出作為觸發(fā)器74HC74的時(shí)鐘輸入，觸發(fā)器74HC74的輸出作為A／D轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘輸入；C5402的信號(hào)與A15地址線信號(hào)譯碼產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換器TLC5510和緩沖器74F245的有效控制端 的控制信號(hào)；雙向緩沖器74F245的方向控制信號(hào)由C5402的輸出信號(hào)XF產(chǎn)生。

I／O讀和寫存儲(chǔ)器的時(shí)序如圖3所示：

　　視頻信號(hào)的采集是將A／D作為c5402的一個(gè)I／O口，利用PORTR指令讀取A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。C5402的CLKOUT時(shí)鐘輸出信號(hào)送入觸發(fā)器74HC74，觸發(fā)器的輸出信號(hào)作為A／D轉(zhuǎn)換器TLC5510的采樣時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)，C5402的信號(hào)與A15地址線信號(hào)譯碼產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換器的有效控制信號(hào)，視頻圖像信號(hào)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器19管腳被采集，其輸出結(jié)果通過(guò)雙向緩沖器74F245進(jìn)入C5402。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

　　軟件部分主要包括DSP編程和PC編程。DSP程的主要任務(wù)是初始化、管理板上的資源和完成圖像視頻的處理算法。PC編程重點(diǎn)則是管理DSP操作和應(yīng)用層軟件編寫。

C程序：

匯編程序：

4 結(jié) 語(yǔ)

　　基于DSP的處理芯片，借助其他相關(guān)芯片及外圍電路，實(shí)現(xiàn)圖像信息的采集，能夠?qū)崟r(shí)有效地采集視頻圖像的信息，為L(zhǎng)ED顯示屏視頻顯示、圖像傳輸、通信、圖像處理提供前端硬件平臺(tái)。軟硬件方面也易于實(shí)現(xiàn)，有很好的使用價(jià)值。