[资料分享] TMS320C54x DSP的视频图像采集接口设计

      介绍一种基于DSP的黑白电视信号采集电路。电路由通信视频A/D转换器构成，DSP启动A/D转换并读取A/D转换结果。电路结构简洁、成本低、容易实现，能满足黑白电视信号采集的需要。关键词：视频图像采集 A/D转换 DSP TMS320C54x

引言
    视频图像采集的方法很多，基本上可分为2大类：自动图像采集和基于处理的图像采集。前者采用专用图像采集芯片，自动完成图像的采集、帧存储器地址生成以及图像数据的刷新；除了要对采集模式进行设定外，主处理器不参与采集过程。这种方法的特点是采集不占用CPU的时间，实时性好，适合活动图像的采集，但电路较复杂、成本高。后者采用通用视频A/D转换器实现图像的采集，不能完成图像的自动采集，整个采集过程在CPU的控制下完成，由CPU启动A/D转换，读取A/D转换数据，将数据存入帧存储器。其特点是数据采集占用CPU的时间，对处理器的速度要求高，但电路简单、成本低、易于实现，能够满足某些图像采集系统的需要。下面以TI公司的TMS320VC5402（以下简称C5402）DSP为例，介绍基于数据信号处理器（DSP）的视频图像采集电路和采集方法。

1 电路原理

采集电路如图1所示，由视频缓冲器、视频A/D转换器和视频同步分离电路等组成。
  

1.1 视频缓冲器
      来自摄像机的标准黑白全电视信号的幅度峰-峰值为1V，要送往A/D转换器和行、场同步分离电路，而A/D转换器的满量程为2V，因此，视频缓冲器要对全电视信号进行阻抗匹配和电压放大，并能对全电视信号进行黑电平调整。图1中，U8构成视频缓冲器，增益为+2；调整电阻W1可以调整输出信号的直流电平；R16是输入匹配电阻，阻值大小由信号源决定，本电路中为75Ω。

1.2 A/D转换器

     A/D转换器采用TI公司的TLC5510芯片。TLC5510为5V电源、8bit、20Msps的高速并行A/D转换器，最大量程为2V。
     TLC5510的参考电压可由其内部的3个电阻R1、Rref、R2设定，如图2所示。按图2连接，将参考低电压设定为0.6V，参考高电压设定为2.6V，电阻Rref上的2V压降即为满足程电压。当输入电压为0.6V时，A/D转换的输出数据为0；当输出电压为2.6V时，A/D转换的输出数据为255。
TLC5510有1个转换时钟输入端（CLK）和1个片选端（OE）。CLK的下降沿启动A/D转换，1次A/D转换需要2.5个CLK周期，即第1个CLK的下降沿启动A/D转换后，要等第3个CLK的上升沿出现时，第1个A/D转换数据才会准备好。当片选信号（OE）为低电平时，A/D转换数据输出到外部数据总线上，供DSP读取。
  

1.3 采集电路的DSP的连接
      采集电路与C5402的连接如图3所示。其中，U19是16位宽度的高速总线收发器，并具有电平转换的功能，将5V的奇偶场信号、复位同步信号和A/D转换器输出的数字信号转换为C5402能接受的3.3V信号。
  

       仔细分析了TLC5510的工作原理和C5402的读/写时序后，没有将TLC5510作为C5402的扩展I/O口，而是将TLC5510作C5402的一个扩展的外部存储单元。用该单元的读选通信号（ADR）与TLC5510的CLK和OE相连（如图3所示），这样C5402读TLC5510时，1条读数指令完成2个操作：启动A/D转换并读取A/D转换数据。不过当前的A/D转换结果要等到第4次读该端口时才能得到，A/D转换的时序如图4所示。读选通信号（ADR）是由高速译码器（74AHCT138）经过一级译码得到。这种设计方案既简化了线路，又简化了数据采集的程序设计，减少了DSP参与A/D转换的时间。实验证明该设计方案性能优越——DSP在采集图像数据时只要直接读TLC5510就可以了。

1.4 同步分离电路
       同步分离电路采用LM1881。该器件能接收PAL制、NTSC制和SECAM制的全电视信号，输出复合同步信号、垂直同步信号、奇偶场信号和色同步旗形脉冲信号。本电路中，复合同步信号与C5402的INT0引脚相连，奇、偶场信号与C5402的输入引脚BIO相连（如图3所示）。C5402根据奇、偶场信号找到一场图像的开始，做好采集图像数据的准备。当复合同步信号到来时，C5402响应行中断（INT0），连续采集一行图像数据。

2 图像采集
      压缩卡的图像采集是由C5402直接完成的。初始化结束后，C5402按缺省模式或主机命令的求确定图像的大小和采集速率等参数，然后根据奇、偶场信号和复合同步脉冲信号来采集图像数据。

2.1 采集流程
采集流程可分为以下几个步骤：
①等待场开始。
②当场开始信号到来时，C5402进入场处理子程序，开放行中断做好采集一场数据的准备。根据奇、偶场信号可以决定是采集奇场图像还是采集偶场图像，或者采集一帧完整的图像。
③当复俣同步信号到来时，C5402进入中断服务子程序，连续采集一行图像数据，并将图像数据存入扩展的数据存储器中。当一场或一帧图像各行数据都采集完毕后，关闭中断。

2.2 行、场处理
DSP接收到场开始信号后进入场处理子程序中。在场处理子程序中，先确定将要采集的图像的大小并设置采集、编码及发送过程中要使用的参数，然后打开行采集中断INT0，延时一定数目的行周期后退出场处理子程序，进入图像采集阶段。
行采集中断要完成图像采集和其它一些任务。在每行图像采集之间应根据图像大小延时一段时间，以保证采集到的图像位于画面的中心。在采集图像时，每隔140ns读取一个A/D转换数据，并存入帧缓冲器。由于读取A/D转换结果和写帧缓冲器只用了80ns，因此可以先将图像数据减去128，再存入帧存储器，这样就进行了JPEG编码时就不要执行减128操作了，节约了时间。

结束语
   本电路成本低、容易实现、占用DSP时间少、能满足黑白电视信号的采集，在合肥工业大学DSP联合实验室研制的便携式准动视频图像压缩系统中得到应用，效果良好。以本电路为基础，使用TI公司的其它高速视频A/D转换器，例如TLC5540或TLC5580，便可构成更高分辨率的视频图像采集系统。