一、 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)的廣泛使用，對(duì)輸出的VGA信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)及傳輸?shù)膽?yīng)用需求越來越迫切。本文基于Ti公司的TMS320DM355處理器（簡(jiǎn)稱DM355）、AD公司的AD9883芯片，結(jié)合FPGA技術(shù)，提出了一種支持分辨率較高、性能優(yōu)良的視頻信號(hào)采集和接口電路方案。

　　該系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的XGA（1024x768）信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、編碼、傳輸，同時(shí)利用ADV7123芯片將VGA信號(hào)還原，在本地的顯示器進(jìn)行輸出，主要應(yīng)用于視頻會(huì)議，視頻教學(xué)系統(tǒng)中。由于VGA信號(hào)的采集涉及到AD9883［1］ ［2］芯片和FPGA中信號(hào)時(shí)序的轉(zhuǎn)換，及DM355的視頻處理前端（VPFE：Video Processing Front End）驅(qū)動(dòng)的修改，比較復(fù)雜，本文將對(duì)此作重點(diǎn)闡述。

　　二、 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　1． 方案選擇

　　本文采用TI公司的達(dá)芬奇系列芯片TMS320DM355來實(shí)現(xiàn)，這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于：

　　1）DM355內(nèi)部集成了ARM926EJ-S內(nèi)核、協(xié)處理器（MJCP）、視頻處理子系統(tǒng)及多種外設(shè)。ARM中移植嵌入式linux后可構(gòu)成一個(gè)良好的基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)，能方便的實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器的構(gòu)建和功能的擴(kuò)展。協(xié)處理器（MJCP）可實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的編解碼。

　　2）DM355是一款低功耗的芯片，待機(jī)功耗僅為1mW，其電池的使用壽命是當(dāng)今業(yè)界相當(dāng)?shù)谋銛y式產(chǎn)品的2倍。

　　3）DM355是TI公司的一款中低檔芯片，在滿足性能要求的同時(shí)，其價(jià)格與同類芯片相比也很有優(yōu)勢(shì)。因此，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)，IP攝像機(jī)，數(shù)碼相片，醫(yī)學(xué)成像及視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　DM355的視頻處理子系統(tǒng)包括視頻處理前端（VPFE）和視頻處理后端（VPBE：Video Processing Back End），視頻處理前端［3］用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等輸入的圖像信息，由CCD控制器、硬件圖像信號(hào)處理器、自動(dòng)曝光/聚焦模塊H3A和寄存器組成，支持的視頻輸入格式有如下三種：

　　1） RAW格式。

　　2） BT.656格式。

　　3） YUV格式。

　　其中，RAW格式對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)只存儲(chǔ)RGB三原色中某一種顏色的值，在進(jìn)行色彩還原時(shí)因插值運(yùn)算會(huì)導(dǎo)致莫爾紋效應(yīng)；BT.656格式支持的視頻分辨率太低，因此，本系統(tǒng)的DM355處理器的視頻處理前端采用YUV格式進(jìn)行視頻采集，須將VGA信號(hào)通過硬件電路轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)格式。

　　2． 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　圖1所示為VGA視頻采集系統(tǒng)框圖。

圖1 VGA視頻采集系統(tǒng)框圖

　　1）VGA輸入模塊。將RGB模擬信號(hào)及行同步信號(hào)（Hsync）、場(chǎng)同步信號(hào)（Vsync）輸入給A/D轉(zhuǎn)換模塊。由于該模塊由模擬電路組成，易產(chǎn)生噪聲，因此布線時(shí)接口器件應(yīng)盡量靠近A/D轉(zhuǎn)換芯片。

　　2）A/D轉(zhuǎn)換模塊。首先根據(jù)行、場(chǎng)同步信號(hào)確定采樣的行頻和場(chǎng)頻，接著由行頻和內(nèi)部寄存器確定像素同步時(shí)鐘，然后通過配置AD9883芯片內(nèi)部的鎖相環(huán)（PLL）產(chǎn)生同步時(shí)鐘。該模塊可將輸入的VGA模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為8bit×3路的數(shù)字視頻信號(hào)，并通過一系列寄存器調(diào)整圖像的采樣效果。

　　3） FPGA轉(zhuǎn)換控制模塊。一方面FPGA通過I2C總線向AD9883的寄存器寫入控制信息；另一方面將輸入的RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為DM355支持的YUV信號(hào)格式，將視頻信號(hào)送給DM355的視頻采集前端。

　　4）D/A輸出顯示模塊。該模塊采用ADV7123芯片將8bit×3路RGB數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，并結(jié)合行、場(chǎng)同步信號(hào)構(gòu)成VGA信號(hào)，供本地計(jì)算機(jī)顯示輸出。

　　三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1．VGA接口

　　VGA是一種D型接口，可傳輸VGA，SVGA，XGA，SXGA等圖像格式。VGA接口共有15條線，分為3組：一是RGB三色模擬信號(hào)輸入線；二是RGB三色地線，接地處理；三是時(shí)序信號(hào)線，分別是行同步信號(hào)線（Horizon Synchronizing，HS）和場(chǎng)同步信號(hào)線（Vertical Synchronizing，VS），這兩條線控制了VGA的顯示時(shí)序。

　　顯示器采用逐行掃描的方式進(jìn)行掃描，陰極射線槍發(fā)出的電子束打在涂有熒光粉的屏幕上，產(chǎn)生RGB三基色，由此合成一個(gè)彩色圖像。VGA顯示可分為行掃描和場(chǎng)掃描，從屏幕左上方開始掃描，從左到右，由上至下。每行掃描結(jié)束時(shí)，用行同步信號(hào)進(jìn)行行同步；當(dāng)整個(gè)屏幕的所有行掃描結(jié)束后，用場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行場(chǎng)同步，如圖2所示。在掃描過程中，CRT對(duì)電子束進(jìn)行消隱控制，在消隱過程中不發(fā)送電子束。在每行結(jié)束后，電子槍回掃的過程進(jìn)行行消隱；在每場(chǎng)結(jié)束后，電子槍回掃的過程進(jìn)行場(chǎng)消隱，整個(gè)屏幕變黑，光柵在這段內(nèi)重新回到屏幕的左上角，開始下一幀圖像的掃描。

圖2 VGA掃描時(shí)序

　　2． A/D轉(zhuǎn)換模塊

　　本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器采用AD9883，該芯片專門用于采集模擬R，G，B信號(hào)，將其數(shù)字化顯示或作為中間轉(zhuǎn)換器件使用。該芯片具有采樣精度為8bit×3路通道，最高采樣率為140MSPS/s，300MB的模擬帶寬，支持最高分辨率為SXGA（1280x1024），刷新率為75Hz的視頻信號(hào)?；贏D9883的電路可為高清電視提供良好的接口，或作為高性能視頻設(shè)備的前端掃描轉(zhuǎn)換器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括A/D轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、同步信號(hào)產(chǎn)生電路、I2C總線接口四個(gè)部分。

圖3 AD9883的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　AD9883內(nèi)部的寄存器通過I2C總線完全可編程，芯片按照寄存器設(shè)定的模式進(jìn)行工作。如AD9883支持多種VGA格式，但不能自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，需要通過I2C接口進(jìn)行寄存器配置，指定芯片采集的視頻格式。

　　經(jīng)AD9883轉(zhuǎn)換后，數(shù)字視頻信號(hào)輸出的時(shí)序如圖4所示。在數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘DATACK的下降沿對(duì)應(yīng)信號(hào)的采樣及量化，量化的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿穩(wěn)定的輸出；接口電路可在DATACK的上升沿準(zhǔn)確地鎖存圖像數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化圖像的采集。值得注意的是，AD9883有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出通道，在輸出數(shù)據(jù)有效之前必須清空通道，從而導(dǎo)致每行輸出有效數(shù)據(jù)之前將輸出4組無效的數(shù)據(jù)，可通過行同步信號(hào)HSOUT避免輸出這些無效數(shù)據(jù)。

圖4 AD9883數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖

　　一、 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)的廣泛使用，對(duì)輸出的VGA信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)及傳輸?shù)膽?yīng)用需求越來越迫切。本文基于Ti公司的TMS320DM355處理器（簡(jiǎn)稱DM355）、AD公司的AD9883芯片，結(jié)合FPGA技術(shù)，提出了一種支持分辨率較高、性能優(yōu)良的視頻信號(hào)采集和接口電路方案。

　　該系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的XGA（1024x768）信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、編碼、傳輸，同時(shí)利用ADV7123芯片將VGA信號(hào)還原，在本地的顯示器進(jìn)行輸出，主要應(yīng)用于視頻會(huì)議，視頻教學(xué)系統(tǒng)中。由于VGA信號(hào)的采集涉及到AD9883［1］ ［2］芯片和FPGA中信號(hào)時(shí)序的轉(zhuǎn)換，及DM355的視頻處理前端（VPFE：Video Processing Front End）驅(qū)動(dòng)的修改，比較復(fù)雜，本文將對(duì)此作重點(diǎn)闡述。

　　二、 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　1． 方案選擇

　　本文采用TI公司的達(dá)芬奇系列芯片TMS320DM355來實(shí)現(xiàn)，這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于：

　　1）DM355內(nèi)部集成了ARM926EJ-S內(nèi)核、協(xié)處理器（MJCP）、視頻處理子系統(tǒng)及多種外設(shè)。ARM中移植嵌入式linux后可構(gòu)成一個(gè)良好的基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)，能方便的實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器的構(gòu)建和功能的擴(kuò)展。協(xié)處理器（MJCP）可實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的編解碼。

　　2）DM355是一款低功耗的芯片，待機(jī)功耗僅為1mW，其電池的使用壽命是當(dāng)今業(yè)界相當(dāng)?shù)谋銛y式產(chǎn)品的2倍。

　　3）DM355是TI公司的一款中低檔芯片，在滿足性能要求的同時(shí)，其價(jià)格與同類芯片相比也很有優(yōu)勢(shì)。因此，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)，IP攝像機(jī)，數(shù)碼相片，醫(yī)學(xué)成像及視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　DM355的視頻處理子系統(tǒng)包括視頻處理前端（VPFE）和視頻處理后端（VPBE：Video Processing Back End），視頻處理前端［3］用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等輸入的圖像信息，由CCD控制器、硬件圖像信號(hào)處理器、自動(dòng)曝光/聚焦模塊H3A和寄存器組成，支持的視頻輸入格式有如下三種：

　　1） RAW格式。

　　2） BT.656格式。

　　3） YUV格式。

　　其中，RAW格式對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)只存儲(chǔ)RGB三原色中某一種顏色的值，在進(jìn)行色彩還原時(shí)因插值運(yùn)算會(huì)導(dǎo)致莫爾紋效應(yīng)；BT.656格式支持的視頻分辨率太低，因此，本系統(tǒng)的DM355處理器的視頻處理前端采用YUV格式進(jìn)行視頻采集，須將VGA信號(hào)通過硬件電路轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)格式。

　　2． 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　圖1所示為VGA視頻采集系統(tǒng)框圖。

圖1 VGA視頻采集系統(tǒng)框圖

　　1）VGA輸入模塊。將RGB模擬信號(hào)及行同步信號(hào)（Hsync）、場(chǎng)同步信號(hào)（Vsync）輸入給A/D轉(zhuǎn)換模塊。由于該模塊由模擬電路組成，易產(chǎn)生噪聲，因此布線時(shí)接口器件應(yīng)盡量靠近A/D轉(zhuǎn)換芯片。

　　2）A/D轉(zhuǎn)換模塊。首先根據(jù)行、場(chǎng)同步信號(hào)確定采樣的行頻和場(chǎng)頻，接著由行頻和內(nèi)部寄存器確定像素同步時(shí)鐘，然后通過配置AD9883芯片內(nèi)部的鎖相環(huán)（PLL）產(chǎn)生同步時(shí)鐘。該模塊可將輸入的VGA模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為8bit×3路的數(shù)字視頻信號(hào)，并通過一系列寄存器調(diào)整圖像的采樣效果。

　　3） FPGA轉(zhuǎn)換控制模塊。一方面FPGA通過I2C總線向AD9883的寄存器寫入控制信息；另一方面將輸入的RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為DM355支持的YUV信號(hào)格式，將視頻信號(hào)送給DM355的視頻采集前端。

　　4）D/A輸出顯示模塊。該模塊采用ADV7123芯片將8bit×3路RGB數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，并結(jié)合行、場(chǎng)同步信號(hào)構(gòu)成VGA信號(hào)，供本地計(jì)算機(jī)顯示輸出。

　　三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1．VGA接口

　　VGA是一種D型接口，可傳輸VGA，SVGA，XGA，SXGA等圖像格式。VGA接口共有15條線，分為3組：一是RGB三色模擬信號(hào)輸入線；二是RGB三色地線，接地處理；三是時(shí)序信號(hào)線，分別是行同步信號(hào)線（Horizon Synchronizing，HS）和場(chǎng)同步信號(hào)線（Vertical Synchronizing，VS），這兩條線控制了VGA的顯示時(shí)序。

　　顯示器采用逐行掃描的方式進(jìn)行掃描，陰極射線槍發(fā)出的電子束打在涂有熒光粉的屏幕上，產(chǎn)生RGB三基色，由此合成一個(gè)彩色圖像。VGA顯示可分為行掃描和場(chǎng)掃描，從屏幕左上方開始掃描，從左到右，由上至下。每行掃描結(jié)束時(shí)，用行同步信號(hào)進(jìn)行行同步；當(dāng)整個(gè)屏幕的所有行掃描結(jié)束后，用場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行場(chǎng)同步，如圖2所示。在掃描過程中，CRT對(duì)電子束進(jìn)行消隱控制，在消隱過程中不發(fā)送電子束。在每行結(jié)束后，電子槍回掃的過程進(jìn)行行消隱；在每場(chǎng)結(jié)束后，電子槍回掃的過程進(jìn)行場(chǎng)消隱，整個(gè)屏幕變黑，光柵在這段內(nèi)重新回到屏幕的左上角，開始下一幀圖像的掃描。

圖2 VGA掃描時(shí)序

　　2． A/D轉(zhuǎn)換模塊

　　本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器采用AD9883，該芯片專門用于采集模擬R，G，B信號(hào)，將其數(shù)字化顯示或作為中間轉(zhuǎn)換器件使用。該芯片具有采樣精度為8bit×3路通道，最高采樣率為140MSPS/s，300MB的模擬帶寬，支持最高分辨率為SXGA（1280x1024），刷新率為75Hz的視頻信號(hào)?；贏D9883的電路可為高清電視提供良好的接口，或作為高性能視頻設(shè)備的前端掃描轉(zhuǎn)換器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括A/D轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、同步信號(hào)產(chǎn)生電路、I2C總線接口四個(gè)部分。

圖3 AD9883的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　AD9883內(nèi)部的寄存器通過I2C總線完全可編程，芯片按照寄存器設(shè)定的模式進(jìn)行工作。如AD9883支持多種VGA格式，但不能自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，需要通過I2C接口進(jìn)行寄存器配置，指定芯片采集的視頻格式。

　　經(jīng)AD9883轉(zhuǎn)換后，數(shù)字視頻信號(hào)輸出的時(shí)序如圖4所示。在數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘DATACK的下降沿對(duì)應(yīng)信號(hào)的采樣及量化，量化的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿穩(wěn)定的輸出；接口電路可在DATACK的上升沿準(zhǔn)確地鎖存圖像數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化圖像的采集。值得注意的是，AD9883有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出通道，在輸出數(shù)據(jù)有效之前必須清空通道，從而導(dǎo)致每行輸出有效數(shù)據(jù)之前將輸出4組無效的數(shù)據(jù)，可通過行同步信號(hào)HSOUT避免輸出這些無效數(shù)據(jù)。

圖4 AD9883數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖

　　3．FPGA設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用EP1C3T144C8將輸入的數(shù)字化的RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)，送給DM355的視頻采集前端。FPGA以AD9883輸出的像素時(shí)鐘PCLK作為全局同步時(shí)鐘。

　　RGB和YUV是兩種常用的色彩空間。RGB色彩空間是采用R，G，B三個(gè)色彩分量來表示一個(gè)像素，常見的RGB格式有RGB565、RGB555、RGB24，本文中AD9883轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)格式為RGB24，即每個(gè)像素用24位表示，RGB分量各使用8位。

　　YUV色彩空間是視頻傳輸中常采用的一種方法，其特點(diǎn)為亮度信號(hào)與色差信號(hào)分離。Y表示亮度信息，U表示藍(lán)色色差（即藍(lán)色信號(hào)與亮度信號(hào)的差值），V表示紅色色差（即紅色信號(hào)與亮度信號(hào)的差值）。常見的YUV格式有YUV 4:4：4，YUV4:2：2，YUV4:2：0，本系統(tǒng)中DM355的視頻處理前端接收的采集信號(hào)格式為YUV4:2：2。該格式為每個(gè)像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每?jī)蓚€(gè)像素采樣一次，在圖像數(shù)據(jù)流中，YUV分量排列如下：Y0 U0 Y1 V0 Y2 U1 Y3 V1 Y4 U2 Y5 V2 … …

　　圖5所示為FPGA進(jìn)行色彩轉(zhuǎn)換的工作框圖，該模塊將輸入的8bit×3路RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為16bit的YUV信號(hào)。在YUV 16Bit的工作模式下，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，高八位用于間隔傳遞U分量或V分量，低8位用于傳輸Y分量。

圖5 FPGA芯片色彩轉(zhuǎn)換框圖

　　除色彩空間的轉(zhuǎn)換外，F(xiàn)PGA模塊將像素同步時(shí)鐘及行、場(chǎng)同步信號(hào)送給A /D轉(zhuǎn)換模塊及DM355處理器，方便其他模塊進(jìn)行信號(hào)同步操作。

　　4．D/A輸出顯示設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用ADV7123作為視頻轉(zhuǎn)換芯片，將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為VGA模擬信號(hào)，供本地計(jì)算機(jī)顯示輸出。ADV7123具有三路高速、10位輸入的視頻DA轉(zhuǎn)換器，具有330Mhz的最大采樣速度，與多種高精度的顯示系統(tǒng)兼容，可充分滿足本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換需求。當(dāng)RGB三通道的輸入比特?cái)?shù)少于10位時(shí)，可將高位用于數(shù)據(jù)比特傳輸，低位接地處理。ADV7123芯片產(chǎn)生三路模擬輸出后，結(jié)合FPGA傳來的行、場(chǎng)同步信號(hào)完成視頻的顯示。

　　四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1． FPGA軟件設(shè)計(jì)

　　FPGA［4］模塊的軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下3方面的功能：

　　1）I2C接口配置

　　在上一小節(jié)中提到，AD9883芯片內(nèi)部的寄存器通過I2C總線完全可編程，本小節(jié)將講述FPGA通過I2C接口對(duì)這些寄存器的具體配置。通過這些具體參數(shù)的配置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)AD9883視頻采集格式、視頻轉(zhuǎn)換效果等的控制。

　　AD9883內(nèi)部共25個(gè)寄存器，其中00H和14H為只讀寄存器，15~18H為測(cè)試用寄存器，01H~13H為功能寄存器。FPGA芯片對(duì)主要功能寄存器的配置如表1所示：

表1 AD9883寄存器配置

　　2）RGB與YUV的轉(zhuǎn)換

　　本系統(tǒng)中的FPGA模塊的另一功能是將RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)，二者轉(zhuǎn)換的公式為（RGB取值范圍均為0-255）：

　?。ㄊ?1）

　　由于FPGA芯片進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算步驟繁瑣并且硬件資源消耗較大，故將式1中的參數(shù)均乘以256后取整，轉(zhuǎn)換如下：

　?。ㄊ?）

　　經(jīng)過運(yùn)算后，得到式2中的Y’，U’，V’分量后，分別取數(shù)據(jù)的高八位即為Y，U，V分量的實(shí)際值。

　　3）VPFE接口時(shí)序的實(shí)現(xiàn)

　　由于AD9883芯片輸出的同步信號(hào)與DM355要求的輸入同步信號(hào)格式不匹配，因此需要將同步信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。AD9883芯片輸出的同步信號(hào)周期包括行消隱前肩、行消隱后肩、同步信號(hào)和圖像數(shù)據(jù)四個(gè)部分，而實(shí)際傳輸給DM355的視頻處理前端的信號(hào)僅包括同步信號(hào)和圖像數(shù)據(jù)兩個(gè)部分，因此需要對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖6所示。

圖6 VGA行、場(chǎng)同步時(shí)序示意圖

　　2．DM355軟件設(shè)計(jì)

　　1）視頻處理前端驅(qū)動(dòng)的修改

　　為了采集轉(zhuǎn)換后的YUV信號(hào)，本文對(duì)DM355的視頻處理前端的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了修改，配置視頻采集設(shè)備的工作模式為YUV輸入模式。主要修改的驅(qū)動(dòng)文件為dm355_vpfe.c，部分代碼解析如下：

　　static vpfe_obj vpfe_device_ycbcr = {

　　……

　　.vwin = {0，0，1024，768}，//VPFE_WIN_VGA，

　　.bounds = {0，0，1024，768}，//VPFE_WIN_VGA，

　　//設(shè)置采集的YUV信號(hào)的分辨率

　　.pixelaspect = VPFE_PIXELASPECT_NTSC，

　　.pixelfmt = V4L2_PIX_FMT_UYVY，

　　.field = V4L2_FIELD_NONE，

　　//設(shè)置V4L2的工作模式為逐行掃描格式

　　……

　　.capture_device = TVP5146，

　　.ccdc_params_ycbcr = {

　　.pix_fmt = CCDC_PIXFMT_YCBCR_16BIT，

　　//采用16位數(shù)據(jù)總線傳輸YUV信號(hào)

　　……

　　.bt656_enable = FALSE，

　　//不采用BT.656采集模式

　　.pix_order = CCDC_PIXORDER_CBYCRY，

　　.buf_type = CCDC_BUFTYPE_FLD_SEPARATED

　　//該設(shè)置相對(duì)于CCDC_BUFTYPE_FLD_INTERLEAVED而言，設(shè)置buffer為獨(dú)立的

　　}，

　　.tvp5146_params = {

　　.mode = TVP5146_MODE_AUTO，

　　.amuxmode = TVP5146_AMUX_COMPOSITE，

　　.enablebt656sync = FALSE，

　　//不采用BT.656同步模式

　　.data_width = TVP5146_WIDTH_16BIT

　　//數(shù)據(jù)總線寬度為16bit

　　}，

　　.irqlock = SPIN_LOCK_UNLOCKED

　　};

　　2）視頻信號(hào)采集程序設(shè)計(jì)

　　在DM355的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，視音頻數(shù)據(jù)的采集、編碼、輸出分別通過Capture Thread，Video Thread， Writer Thread獨(dú)立線程來實(shí)現(xiàn)。其中，視頻采集線程的主要作用是對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行初始化，開辟緩沖區(qū)，以幀為單位往其中寫入數(shù)據(jù)，為Video Thread做準(zhǔn)備。

　　視頻采集程序通過調(diào)用V4L2［5］（Video For Linux 2）來實(shí)現(xiàn)，V4L2是Linux中提供的關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，它為針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序變成提供一系列的接口函數(shù)，如VIDIOC_REQBUFS，分配內(nèi)存；VIDIOC_QUERYBUF，將VIDIOC_REQBUFS中分配的數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)換成物理地址；VIDIOC_QUERYCAP，查詢采集設(shè)備功能；VIDIOC_S_FMT，設(shè)置當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的視頻捕獲格式；VIDIOC_STREAMON，開始視頻采集等。

圖7采集設(shè)備初始化流程圖

　　圖7為視頻采集線程對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行初始化的流程圖。在Linux中，視頻采集設(shè)備的設(shè)備文件名為/dev/video0，可通過函數(shù)open（“/dev/video0”， O_RDWR | O_NONBLOCK， 0）來打開視頻設(shè)備。打開設(shè)備文件后，利用ioctl函數(shù)，設(shè)置不同的V4L2參數(shù)，來調(diào)用底層的V4L2驅(qū)動(dòng)程序，獲取視頻采集設(shè)備的參數(shù)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)置視頻格式，同時(shí)為采集設(shè)備分配幀緩沖區(qū)， 并將該緩沖區(qū)映射到用戶空間。這樣，當(dāng)緩沖區(qū)中存儲(chǔ)了一幀視頻數(shù)據(jù)后，VIDIOC_DQBUF就把數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中讀取出來，VIDIOC_DQBUF把數(shù)據(jù)放入視頻數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列繼續(xù)下一幀的采集。當(dāng)接收到結(jié)束采集命令時(shí)，通過ioctl函數(shù)發(fā)送VIDIOC_STREAMOFF命令，停止視頻采集。

　　五、系統(tǒng)測(cè)試和結(jié)束語

　　本系統(tǒng)對(duì)VGA信號(hào)采集成功后，利用MPEG4算法進(jìn)行編碼，并利用開源的JRTP庫實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，客戶端可實(shí)時(shí)觀看和存儲(chǔ)接收到的碼流。在進(jìn)行VGA信號(hào)采集編碼的同時(shí)，可利用ADV7123芯片將VGA信號(hào)還原，在本地的顯示器進(jìn)行輸出。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性，解碼后的圖像主觀質(zhì)量也很好。

　　本文提出的基于TMS320DM355處理器，采用AD9883和ADV7123轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合FPGA技術(shù)的VGA信號(hào)采集方案，能夠?qū)GA信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、天氣預(yù)報(bào)、航空航天、通信等領(lǐng)域的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄。

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