E空间-电子工程师的设计灵感之源otb.docx

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1、摘要：针针对数码码相机的的成像和和视频处处理前端端，给出出一种基基于TII DSSP技术术的设计计方案。详详细介绍绍单芯片片数字视视频解码码器TVVP50040和和单芯片片影像处处理器TTMS3320DDSC系系列DSSP的图图像功能能单元CCCD控控制器的的功能和和特点，并并给出二二者的硬硬件连接接和软件件实现方方法。关关键词：数码相相机 TTVP550400 TMMS3220DSSC 系系列DSSP CCCD目前前，数字字类消费费电子产产品的需需求率增增长惊人人。在这这些产品品中，成成像和视视频类产产品比重重很大。在在这些影影像产品品中，无无论是数数码相机机还是内内置数码码相机的的可拍照照

2、手机，或或者其它它数字成成像和视视频终端端产品，都都需要成成像和视视频处理理前端与与其协同同工作。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

3、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

4、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。 一般般来说，数数码相机机的成像像和视频频处理前前端主要要是镜头头模块（包包含CCCD传感感器、镜镜头和马马达）与与模拟前前端电路路（AFFE）。本本文所述述的成像像和视频频处理前前端与专专用数字字处理器器TMSS3200DSCC的接口口设计如如图1所所示。驱动动电路和和时序生生成器件件产生CCCD或或CMOOS所需需要的时时钟信号号，模拟拟前端的的作用是是将图像像传感器器输出的的模拟图图像信号号钳位放放大，并并完成AA/D转转换，这这里采用用TVPP50440。TTMS3

5、320DDSC系系列DSSP含有有图像处处理和时时序控制制电路，通通过I/O接口口可以控控制时序序产生，通通过CCCD控制制器可以以正确接接收垂直直同步（VVD）和和水平同同步（HHD）信信号。经经过相关关配置以以后，DDSP就就可以接接受TVVP50040输输出的CCCD原原始数据据了。2 NTTSC/PALL数字视视频解码码器TVVP50040TVVP50040作作为一款款高质量量单芯片片数字视视频解码码器，可可能很方方便的将将模拟视视频信号号转换成成数字视视频。它它包括业业界领先先的2个个10位位高速22x过抽抽样A/D转换换器。接接受标准准的NTTSC/PALL制式的的复合视视频信号号

6、和S-Viddeo信信号输入入，输出出格式可可以是88位、110位、116位或或20位位4：22：2（YYcbCCr）子子采样格格式，也也可以是是8位或或10位位ITUU-RBBT，6656定定义的标标准输出出（带嵌嵌入同步步）。采采样可以以是矩形形像素或或者遵循循ITUU-RBBT.6601协协议。TTVO550400利用德德州仪器器的专利利技术，对对那些微微弱、不不稳定的的信号进进行捕捉捉，并去去除噪声声。其三线线互补自自适应梳梳状滤波波器，可可以降低低色度和和亮度的的交叉影影响。利利用所支支持的主主机端口口和接口口I2CC、3个个并行主主机接口口（PHHI）或或VIPP模式，可可对视频频

7、特性，如如色调、对对比度和和饱和度度等进行行编程操操作。TTVP550400产生同同步、消消隐、场场和锁存存信号，以以及数字字视频输输出。同同时，具具有先进进的垂直直消隐区区间数据据恢复功功能，内内置FIIFO可可存储高高达144行的图图文电视视数据。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）;*亮度处理器（luminance processing）;*时钟处理与节电控制；*输出格式化器（outputformatter）；*主机端口接

8、口（interface）；*VBI数据处理器（VBI）；*增强型Macrovision检测（Macrovision detection）。模块功能能如图22所示。TVVP50040由由一组内内部寄存存器初始始化并控控制，它它们设置置所有的的操作参参数。为为了能够够正确设设置寄存存器的参参数，主主机在上上电复位位时，必必须向TTVP550400下载微微代码，以以使TVVP50040的的内部微微处理器器对内部部寄存器器编程。由由于微代代码较大大，TVVP50040提提供了不不同的主主机端口口接口，包包括I22C端口口（I22C IInteerfaace）、33个并行行主机接接口（PPHI Intt

9、erffacee）和视视频端口口接口（VVIP Intterffacee）用于于下载和和进一步步的配置置。主机机接口用用于初始始化内部部微处理理器，读读写状态态寄存器器以及访访问分片片VBII数据（sslicced VBII daata）。这这些接口口模式是是在上电电复位或或是组合合使用GGLCOO、PAALI和和FIDD引脚复复位时确确定的。外部控制器通过标准的主机端口接口与TVP5040通信。TVP5040有一个内部微处理器，还有相连的100K的指令RAM。微处理器控制芯片的功能包括PLL操作、AGC、同步和寄存器配置等。这种可编程结构使得TVP5040可以利用更新的算法来提高性能。每次上

10、电启动的时候都要下载用于内部微处理器的微代码。控制每行像素数的采样频率是不同的，这取决于视频格式和标准。TVP5040的视频端口输出格式时序如图3所示。其它还有水平、垂直同步以及场同步信号的时序图，限于篇幅，就不一一列出了。3 TMS320DSC系列DSP的CCD控制器TMS320DSCX系列DSP的图像功能单元CCD控制器为CCD和CMOS图像传感器提供了必需的逻辑，对逐行和隔行扫描CCD或CMOS图像传感器给予了很好的支持。CCD控制器可以编程控制，有20个寄存器需要设置，由TMS320DSCX控制，能支持高达40964096像素的CCD。它有以下几部分功能：CCD接口、数字钳位、时序发生

11、以及输出格式化，如图4所示。 CCCD控制制器采集集处理CCCD图图像传感感器的数数据。CCCD所所需的AA/D转转换和时时序生成成由外部部芯片提提供。CCCD时时序生成成器（CCCD timmingg geenerratoor）可可以向外外部时序序产生电电路提供供HD/VD信信号，也也可以接接收外部部传来的的HD/VD信信号并与与其保持持同步。CCCD控控制器最最高可以以处理112位宽宽的图像像数据，可可以支持持高达330MHHz的点点时钟。这这里采用用TVPP50440生成成CCDD控制器器所需时时序，并并传送HHD/VVD、场场ID和和像素时时钟信号号。钳位电电路（cclammperr）

12、采样样CCDD黑像素素的数字字，然后后每个像像素的值值都减去去这个黑黑电平值值。用户户可以通通过寄存存器设置置黑电平平像素的的位置，用用于求黑黑像素的的数量（88个或116个）。另另外，也也可以将将黑电值值设置成成一个常常数。输出出格式化化器模板板（ouutpuut fformmattter）提提供反混混淆滤波波（annti-aliiasiing fillterr）、AA-律压压缩和水水平、垂垂直降采采样。反反混淆滤滤波由一一个简单单的三阶阶滤波器器构成。AA-律表表压缩将将10位位以上的的钳位后后数据压压缩成88位。最最后是一一个可编编程降采采样模板板，从每每8个像像素中抽抽取N个个像素。C

13、CD控制器提供2个数据通道。在通过（passthrough）通道时，8、10、12位的像素值被保存到1个16位SDRAM字的高位，没有使用的低位填入0。数据存入SDRAM时，每次保存32位，即2个像素，其中左边的象素保存到32位的低16位。在数据压缩通道，图像数据的高10位被压缩成8位，然后每4个像素存入SDRAM的一个32位字。4 DSP与TVP5040的硬件连接及软件实现41 硬件连接考虑到TMS320DSCX的CCD控制器只能接收12位宽的数据，在TVP5040端决定采用10位YUV 4：2：2的视频输出格式，则TMS320DSCX与TVP5040的硬件连接如图5所示。 由于于TVPP5

14、0440输出出10位位数据，所所以本设设计保留留最高位位，低两两位接地地或者悬悬空。TTMS3320DDSC接接收来自自TVPP50440的VVD、HHD以及及场信号号并与其其保持同同步。图图像数据据输入TTMS3320DDSC系系列DSSP时，在在输入点点时钟的的上升沿沿和下降降沿被锁锁存，可可通过寄寄存器DDET设设置。CCCD控控制器可可以将数数据直接接存入SSDRAAM，也也可以通通过预览览引擎（pprevvieww ennginne）BBursst压缩缩单元将将数据压压缩后存存入SDDRAMM。TVPP50440输出出的写信信号（WWEN）用用于从CCCD接接口直接接将数据据写入SS

15、DRAAM，可可通过EEWENN位进行行设置。当当WENN信号为为高读写写位（RRDWEE），即即位是“11”时，图图像数据据就载入入SDRRAM。需需要注意意的是，TTVP550400必须外外接144.3118188MHzz的晶振振才能保保持正常常的工作作频率。42 软件实现首先需要初始化TVP5040，将微代码通过TVP5040的I2C主机端口下载到微处理器中。Void TVP5040INIT(void)resetTVP(); /首先将TVP5040复位DELAAYTIIME； /延时，下下载代码码需要时时序稳定定MiccroccodeeDowwn(); /下载载微代码码Resstarrt

16、Miicrooproocesssorr();/下下载完后后，需要要重新启启动50040的的微处理理器TiimerrWaiit(55); /微微处理器器重新启启动需要要等待55msPPatcchTVVPReegissterr(); /内部寄寄存器处处于默认认状态，需需要重新新设置然后需需要设置置CCDD控制器器以获取取一帧图图像数据据并送入入SDRRAM。Void main()TVP5040INIT();/初始化TVP5040SdramInit(); /初始化SDRAMCCDCInit();/初始化CCD控制器CCDCSetLinePerFrame();/设置每帧图像的行数CCDCSetRawDataMode();/设置内部生成时序信号的宽度、极性、位置和方向CCDCGetFrame();/获取一帧图像数据送入SDRAM 然后后，就可可以对SSDRAAM中的的图像数数据进行行处理了了，比如如进行图图像的压压缩或增增强处理理等，这这些超出出了本文文的讨论论范围，就就不多述述了。5 结论上述述系统在在数码相相机设计计方案中中取得了了非常好好的效果果。实践践证明，这这种高性性能、可可编程的的、基于于DSPP的解决决方案，使使得产品品的开发发和应用用变得更更加容易易，为产产品更快快的进入入市场奠奠定了基基础。