CN201178471Y - 标准制式图像采集装置 - Google Patents
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Abstract
标准制式图像采集装置是一种能够直接解码和采集PAL格式或NTSC格式视频图像，可与以上两种制式的CCD或CMOS摄像头直接连接的设备，是一种可广泛用于嵌入式图像检测和图像处理领域的图像采集装置。当所用CCD或CMOS摄像头具有较高曝光时间或为帧曝光成像设备时，该装置可用于快速运动对象特征的在线检测。系统包括视频解码电路、CPLD逻辑控制电路、存储器电路、时钟电路、供电电路和DSP电路。该装置采用高端DSP作为视频处理器，数据处理速度快，系统功能强大，符合PAL制式和NTSC制式等视频标准，通用性强。
Description
技术领域
“标准制式图像采集装置”是一种能够直接解码和采集PAL格式或NTSC格式视频图像，可与以上两种制式的CCD或CMOS摄像头直接连接的设备，是一种可广泛用于嵌入式图像检测和图像处理领域的图像采集装置。当所用CCD或CMOS摄像头具有较高曝光时间或为帧曝光成像设备时，该装置可用于快速运动对象特征的在线检测。
背景技术
在印刷行业，经常需要检测运动纸张的质量，如印刷过程中的在线套准检测、装订环节中的错帖检测等等，这一类检测对象均为高速运动的纸张或书帖，要求摄像头的曝光时间很短，通常小于10us，才能拍摄到清晰的图像。为了增加图像采集设备的通用性，可以使用PAL制式或者NTSC制式的摄像头，前者的帧率为25帧/秒，后者的帧率为30帧/秒，要求图像采集设备的解码电路部分符合这两种标准制式的图像格式。目前，印刷行业中的运动特征检测一般采用色标传感器、光电传感器等设备，这类传感器在检测过程中存在一定的局限性。对于色标传感器而言，套准中的每一色的检测均需对应一个色标传感器，六色套准标记的检测就需要6个色标传感器同时工作，而且色标传感器的检测方式对套准标记图案有严格要求，对于常用的“猫眼”图形无能为力。光电传感器体积较小，可以多个组合在一起使用，常用于装订环节中的错帖检测，但这类传感器的检测精度有限，对于文字等书帖其检测精度较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有色标传感器、光电传感器等检测方式的不足，采用DSP作为处理器获取PAL格式或NTSC格式视频图像，该设备与标准制式的CCD或CMOS摄像头可直接连接，在DSP中对视频图像进行处理，使用1个摄像头可以处理复杂的被检测图形，提高了检测的精度。
本实用新型的技术方案如图1-图6所示，系统包括视频解码电路、CPLD逻辑控制电路、存储器电路、时钟电路、供电电路和DSP电路。视频解码电路实现PAL制式或NTSC制式图像的解码，从模拟的数据流中提取出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号，使用DSP的视频口0作为视频输入口，以DMA方式存取图像数据。CPLD逻辑控制电路实现寄存器的扩展和电路中的逻辑控制。存储器电路用于存储图像数据，占用DSP的CE0空间，外扩2片SDRAM芯片，容量为4M，另外还外扩1片FLASH存储器芯片，用于程序存储和系统参数的掉电存储。时钟电路提供系统使用的多路时钟，包括DSP使用的50M时钟、SDRAM数据读写使用的133M时钟和视频解码电路需要的14.31818M时钟。供电电路提供整个电路系统需要的多路电源，包括3.3V电源、1.4V电源和1.8V电源，3.3V电源供CPLD、DSP的输入输出管脚等使用，1.4V电源为DSP内核使用，1.8V电源为解码电路使用。DSP电路主要包括DSP芯片U1，负责图像的采集、存储和处理。标准制式的视频流经过视频解码电路的解码，分出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号，由DSP把数据写入外部存储器中，根据实际需求对图像进行处理。
本实用新型采用高端DSP作为视频处理器，其内部工作主频为600M，数据处理速度快，系统功能强大。
本实用新型符合PAL制式和NTSC制式等视频标准，可以和PAL格式或NTSC格式的CCD或CMOS摄像头直连，通用性强。
本实用新型外接帧曝光的CMOS摄像头或者曝光时间很短的CCD摄像头后，可用于高速运动对象图像的拍摄，在运动图像检测方面实用性强。
附图说明
图1本实用新型电路结构框图；
图2本实用新型视频解码电路和DSP芯片U1-D部分电路的原理图；
图3本实用新型CPLD逻辑控制电路的原理图；
图4本实用新型存储器电路和DSP芯片U1_B部分电路的原理图；
图5本实用新型时钟电路的原理图；
图6本实用新型供电电路的原理图。
具体实施方式
结合图1-图6对本实用新型做进一步说明：
标准制式图像采集装置，系统包括视频解码电路、CPLD逻辑控制电路、存储器电路、时钟电路、供电电路和DSP电路。视频解码电路实现PAL制式或NTSC制式图像的解码，从模拟的数据流中提取出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号。CPLD逻辑控制电路实现寄存器的扩展和电路中的逻辑控制。存储器电路用于存储图像数据。时钟电路提供系统使用的时钟，包括DSP使用的50M时钟、SDRAM数据读写使用的133M时钟和视频解码电路需要的14.31818M时钟。供电电路提供整体电路需要的电源。DSP电路主要包括DSP芯片U1，DSP是整个设备的核心，负责图像的采集、处理和存储器读写。标准制式的视频流经过视频解码电路的解码，分出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号，由DSP把数据写入外部存储器中，根据实际需要对图像进行处理。
如图2所示，视频解码电路采用通用解码芯片U2，C0、Y0为标准制式视频输入端，F14M31818为14.31818时钟输入端，VP0_D0-VP0_D7为YUV数据输出脚，与U1的视频口0连接，VP0_HSYNC为视频的行起始信号，该设备中帧起始信号未用。VP0_D7加下拉电阻，设定I2C地址。SCL和SDA为I2C总线的控制信号端，由U1通过I2C总线对视频解码芯片进行配置。
视频解码电路中解码芯片U2的型号是TVP5150，其第1、2脚为标准制式模拟复合视频的输入端，通过RC复合电路与外部标准制式模拟CCD或CMOS摄像头连接，其第5脚为14.31818M时钟的输入端，第11-18脚为视频YUV格式数据输出端。解码芯片U2使用1.8V和3.3V两路电源工作。
如图3所示，CPLD逻辑控制电路采用通用的CPLD逻辑器件U5，J1为标准的10针IDC封装的插座，用于CPLD逻辑器件U5仿真时使用。U5的INPUT/GCLRn和INPUT/OE1短接后接上拉电组，使能CPLD逻辑器件。U5的输入输出脚与DSP的低8位数据总线TED0-TED7连接，用于内部寄存器扩展，与TEA3-TEA8、TEA22连接，用于内部寄存器的译码选择，与TCE1、TCE2、TCAS/RE连接组成寄存器读写时的逻辑控制和空间选择逻辑，EXT_INT5/GP5作为备用中断管脚，PA19-PA20用于FLASH存储器U4的页选择控制，FLASH_CS为FLASH存储器U4的片选信号。
CPLD逻辑控制电路中CPLD器件U5的型号为EPM7128AET，U5的第1脚与U1的复位电路输出端连接，第2脚与U1的GP5脚连接，第5-9脚与U1的TEA22、TCE2、TCE1、TWE、TCAS/RE连接，第17、16、14、13、12、10脚与U1的TEA3-TEA8连接，第85、92、93、94、96-99脚与U1的TED0-TED7连接。CPLD器件U5的第80-84脚分配给FLASH存储器芯片U4使用。
如图4所示，存储器电路包括2片SDRAM芯片U3_A和U4_A，1片FLASH存储芯片U4，SDRAM芯片U3_A和U4_A使用了32的数据总线与DSP连接，TEA3-TEA16作为地址选择控制，TBE0-TBE7作为SDRAM的区域选择控制。SDRAM芯片被扩展在DSP的CE0空间，使用133M时钟TF133M。FLASH存储芯片U4使用8位数据总线与DSP连接，TE3-TEA21为地址线，PA19-PA21作为FLASH存储芯片U4页选择控制管脚。
存储器电路中SDRAM芯片U3_A和U4_A的型号为HY57V283220T，FLASH存储芯片U4的型号为AM29LV033C。SDRAM芯片U3_A和U4_A的DQ0-DQ31脚为32位数据线管脚，与U1的低32位数据线连接，SDRAM芯片的A0-A11、BA0、BA1与U1的TEA3-TEA16脚连接，U3A和U4_A的DQM0-DQM3分别与DSP器件U1的TBE0-TBE7连接。SDRAM被扩展在DSP的CE0空间。FLASH存储芯片U4的A0-A18与DSP器件U1的TEA3-TEA21连接，A19-A21与CPLD器件U1连接，作为页选择控制管脚。
如图5所示，时钟电路使用时钟输出芯片U6，外接20M输入时钟，通过倍频，提供U1使用的50M时钟F50M，SDRAM芯片U3_A和U4_A使用的133M时钟，视频解码芯片U2使用的14.31818M时钟。
时钟电路中芯片U6的型号为CY22381，U6的第3、4脚为外部20M时钟输入端，第1、5、6脚为时钟输出端，对应133M、50M和14.31818M时钟，通过电阻分别与DSP器件U1的H25脚、AC2脚、视频解码芯片U2的第5脚连接。
如图6所示，供电电路包括1.4V电源、1.8V电源和3.3V电源，1.4V电源被DSP内核使用，1.8V电源用于视频解码电路，3.3V电源用于3.3V工作数字电路的输入输出。U7、U8、U9为线性电源转换器，把5V电源转化为1.4V电源、1.8V电源和3.3V电源。
供电电路中线性电源转换U7和U8的型号为TPS54310，U9的型号为TPS767D318。U7和U8的14-16脚短接后与外部5V电源连接，其6-10脚短接后作为转换电源输出端，根据电路中电足阻值的不同，U7和U8的输出电压可以调节到1.4V和3.3V。U9的5、6、11、12脚短接后与外部5V电源连接，23、24脚短接后为1.8V电源输出端，17、18脚短接后作为模拟3.3V电源输出，该电源在电路中备用。
如图4、图2所示，DSP电路包括U1_B和U1_D两部分，U1_B中地址线EA3-EA22通过外接的小电阻转化为TEA3-TEA22，数据线管脚ED0-ED63通过外接的小电阻转化为TED0-TED63，TEA3-TEA22和TED0-TED63用于外部存储器扩展时的数据总线和地址总线。F133为外部133M时钟输入端，经DSP转换后输出133M时钟TF133M，提供给SDRAM芯片U3_A和U4_A使用。CE0-CE3通过外接的小电阻转化为TCE0-TCE3，用于外部设备空间选择端。BE0-BE7通过外接的小电阻转化为TBE0-TBE7，用于SDRAM扩展，CAS/RE、CAS/OE、WE、CKE通过外接的小电阻转化为TCAS/RE、TCAS/OE、TWE、TCKE，用于外部SDRAM扩展时数据读写用。视频口VPOD2-VPOD9与视频解码芯片U5连接，用于视频数据读写。
DSP电路中芯片U1的型号为TMS320DM642，其内核电压为1.4V，输入输出电压为3.3V。视频口VPOD2-VPOD9与视频解码芯片U5连接，用于获取视频数据，低32位数据总线用于外部存储器扩展，低8位数据总线用于CPLD器件内部寄存器的扩展。
Claims (1)
1、标准制式图像采集装置，其特征在于：包括DSP电路和与DSP电路相连接的视频解码电路、CPLD逻辑控制电路、存储器电路、时钟电路和供电电路；其中，视频解码电路实现PAL制式或NTSC制式图像的解码，从模拟的数据流中提取出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号，并将信号传送至DSP的视频输入口，DSP的视频输入口以DMA方式存取图像数据；
CPLD逻辑控制电路实现寄存器的扩展和电路中的逻辑控制；
存储器电路用于存储图像数据，占用DSP的CEO空间，外扩2片SDRAM芯片，容量为4M，另外还外扩1片FLASH存储器芯片，用于程序存储和系统参数的掉电存储；
时钟电路提供系统使用的多路时钟；
供电电路提供整个电路系统需要的多路电源；
DSP电路主要包括DSP芯片U1，负责图像的采集、存储和处理；
标准制式的视频流经过视频解码电路的解码，分出帧起始信号、行起始信号和视频YUV信号，由DSP电路把数据写入存储器电路中。
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