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一种数码相机成像和视频处理前端的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:针对数码相机的成像和视频处理前端,给出一种基于TI DSP技术的设计方案。详细介绍单芯片数字视频解码器TVP5040和单芯片影像处理器TMS320DSC系列DSP的图像功能单元CCD控制器的功能和特点,并给出二者的硬件连接和软件实现方法。

    关键词:数码相机 TVP5040 TMS320DSC 系列DSP CCD

目前,数字类消费电子产品的需求率增长惊人。在这些产品中,成像和视频类产品比重很大。在这些影像产品中,无论是数码相机还是内置数码相机的可拍照手机,或者其它数字成像和视频终端产品,都需要成像和视频处理前端与其协同工作。

德州仪器公司(TI)在推动新兴消费类产品的高级图像应用方面及时跟进,发布了目前业界性能最为卓越的基于数字信号处理器(TMS320DSC系列DSP)的解决方案。这种低功耗、完全可编程的DSP解决方案,使实时视频功能在成像终端上的应用成为可能。TMS320DSC系列芯片在一个单一器件中集成了两项功能:超低功耗的TMS320C5000用来进行实时媒体处理;一个ARM7TDMI RISC处理器以实现系统控制功能。可编程的硬件多媒体加速器可以进行并发性处理,以增强专用成像和视频性能。

TI还提供了一系列成像和视频处理前端产品,可与TMS320DSC系列DSP进行无缝工作。TVP5031、TVP5040和TVP5145使用户能够将模拟视频信号转换成TMS320DSC系列芯片可以处理的数字数据。

1 数码相机的成像和视频处理前端

数码相机市场通常被划分为高端(400万像素以上)、中端(330、210万像素)与低端(百万像素以下①三种档次。针对不同的市场,大部分厂商会根据CCD和CMOS的差异而采取不同的解决方案,而采用TMS320DSC系列DSP的数码相机解决方案则可兼顾。从入门产品到最高级设计的整个相机系统或其它影像产品,都可由这个系列DSP的可编程能力而轻松实现,这是其优势之一。其次,成像和视频处理前端TVP5031、TVP5040和TVP5145的可编程能力,使得开发者可以通过更新的算法和标准来升级或更改模块前端的处理。
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    一般来说,数码相机的成像和视频处理前端主要是镜头模块(包含CCD传感器、镜头和马达)与模拟前端电路(AFE)。本文所述的成像和视频处理前端与专用数字处理器TMS320DSC的接口设计如图1所示。

驱动电路和时序生成器件产生CCD或CMOS所需要的时钟信号,模拟前端的作用是将图像传感器输出的模拟图像信号钳位放大,并完成A/D转换,这里采用TVP5040。TMS320DSC系列DSP含有图像处理和时序控制电路,通过I/O接口可以控制时序产生,通过CCD控制器可以正确接收垂直同步(VD)和水平同步(HD)信号。经过相关配置以后,DSP就可以接受TVP5040输出的CCD原始数据了。

2 NTSC/PAL数字视频解码器TVP5040

TVP5040作为一款高质量单芯片数字视频解码器,可能很方便的将模拟视频信号转换成数字视频。它包括业界领先的2个10位高速2x过抽样A/D转换器。接受标准的NTSC/PAL制式的复合视频信号和S-Video信号输入,输出格式可以是8位、10位、16位或20位4:2:2(YcbCr)子采样格式,也可以是8位或10位ITU-RBT,656定义的标准输出(带嵌入同步)。采样可以是矩形像素或者遵循ITU-RBT.601协议。TVO5040利用德州仪器的专利技术,对那些微弱、不稳定的信号进行捕捉,并去除噪声。

其三线互补自适应梳状滤波器,可以降低色度和亮度的交叉影响。利用所支持的主机端口和接口I2C、3个并行主机接口(PHI)或VIP模式,可对视频特性,如色调、对比度和饱和度等进行编程操作。TVP5040产生同步、消隐、场和锁存信号,以及数字视频输出。同时,具有先进的垂直消隐区间数据恢复功能,内置FIFO可存储高达14行的图文电视数据。

TVP5040主要包括以下模块:

*模拟信号处理器和A/D转换器(AGC,AD);

*Y/C分离电路(Luma/Chroma separation);

*色度处理(chrominance processing);

*亮度

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