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，自動完成圖像的采集、幀存儲器地址生成以及圖像數(shù)據(jù)的刷新；除了要對采集模式進行設定外，主處理器不參與采集過程。這種方法的特點是采集不占用CPU的時問，實時性好，適應活動圖像的采集，但電路較復雜、成本較高。后者采用通用視頻A／D轉換器實現(xiàn)圖像的采集，不能完成圖像的自動采集，整個采集過程在CPU的控制下完成，由CPU啟動A／D轉換，讀取A／D轉換數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入幀存儲器。其特點是數(shù)據(jù)采集占用CPU的時間，對處理器的速度要求高，但電路簡單、成本低、易于實現(xiàn)，能夠滿足某些圖像采集系統(tǒng)需要?；赥MS320C5402(C5402)芯片，研究一種視頻圖像數(shù)據(jù)采集的方法。

1 器件簡介

1.1 TLC5510簡介

TLC5510是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的CMOS，8位高阻抗并行模數(shù)轉換器件。它依靠+5 V單電源工作，能提供最小20 MS／s的采樣速率。與閃速轉換器相比，TLC5510采用半閃存結構及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，可以保持高速轉換及較低的功率。由于其包含內(nèi)部采樣和保持電路，從而大大地簡化了外圍電路的設計，無需外部基準電壓和精密電阻，僅使用內(nèi)部基準電阻和VDDA構成基準電壓分壓器即可實現(xiàn)2 V的滿量程轉換范圍。

TLC5510的內(nèi)部結構如圖1所示。

由圖1中可以看出：TLC5510模／數(shù)轉換器內(nèi)含時鐘發(fā)生器、內(nèi)部基準電壓分壓器、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個低4位鎖存器等元器件電路。TLC5510的外部時鐘信號CLK通過其內(nèi)部的時鐘發(fā)生器可產(chǎn)生3路內(nèi)部時鐘，以驅動3組采樣比較器?；鶞孰妷悍謮浩鲃t可用來為這3組比較器提供基準電壓。輸出A／D信號的高4位由高4位編碼器直接提供，而低4位的采樣數(shù)據(jù)則由兩個低4位的編碼器交替提供。當使用內(nèi)部電壓分壓器產(chǎn)生2 V基準電壓時，REFTS短路至REFT端，REFBS短路至REFB端。

1.2 D觸發(fā)器74HC74簡介

邊沿觸發(fā)器是一種在CP觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號，輸入端受干擾時間短、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)器在遇到時鐘信號上跳沿時發(fā)生跳變。并且正常工作時有效控制端SD、RD置高電位。

1.3 TMS320C5402簡介

TMS320C5402是16 b定點的，使用改進的哈佛結構(1組程序存儲總線、3組數(shù)據(jù)存儲總線、4組地址總線)，具有專用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外圍設備以及一個高度專業(yè)化的指令集。該處理器芯片具有集成度高、結構簡單、擴展方便、町靠性高、處理功能強、低功耗等特點。主要應用于語音處理、圖像采集處理、模式識別及工業(yè)控制等眾多領域，滿足了對信號快速、精確、實時處理及控制的要求。并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。

1.4 74F245簡介

74F245是一種8進制的具有三態(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)特殊沒計，三態(tài)輸出B端能夠有效防止輸出總線過載，起到保護芯片的作用。,均接低電位時，A端為輸出端，B端為輸入端；接低電位，接高電位時，A端為輸入端，B端為輸出端；接高電位時，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轉換器、DSP處理器等組成。

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

I／O讀和寫存儲器的時序如圖3所示：

視頻信號的采集是將A／D作為c5402的一個I／O口，利用PORTR指令讀取A／D轉換后的數(shù)字信號。C5402的CLKOUT時鐘輸出信號送入觸發(fā)器74HC74，觸發(fā)器的輸出信號作為A／D轉換器TLC5510的采樣時鐘信號；同時，C5402的信號與A15地址線信號譯碼產(chǎn)生A／D轉換器的有效控制信號，視頻圖像信號經(jīng)A／D轉換器19管腳被采集，其輸出結果通過雙向緩沖器74F245進入C5402。

3 軟件實現(xiàn)

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

C程序：

匯編程序：

4 結 語

基于DSP的處理芯片，借助其他相關芯片及外圍電路，實現(xiàn)圖像信息的采集，能夠實時有效地采集視頻圖像的信息，為LED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。軟硬件方面也易于實現(xiàn)，有很好的使用價值。