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(lái)越迫切,。本文基于Ti公司的TMS320DM355處理器（簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)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(kāi)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(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)I2C總線向AD9883的寄存器寫(xiě)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(kāi)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(guò)程中,，CRT對(duì)電子束進(jìn)行消隱控制,，在消隱過(guò)程中不發(fā)送電子束,。在每行結(jié)束后，電子槍回掃的過(guò)程進(jìn)行行消隱,；在每場(chǎng)結(jié)束后,，電子槍回掃的過(guò)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(kāi)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(zhuān)門(mén)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(guò)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(guò)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(wú)效的數(shù)據(jù)，可通過(guò)行同步信號(hào)HSOUT避免輸出這些無(wú)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(lái)越迫切,。本文基于Ti公司的TMS320DM355處理器（簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)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(kāi)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(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)I2C總線向AD9883的寄存器寫(xiě)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(kāi)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(guò)程中,，CRT對(duì)電子束進(jìn)行消隱控制,，在消隱過(guò)程中不發(fā)送電子束。在每行結(jié)束后,，電子槍回掃的過(guò)程進(jìn)行行消隱,；在每場(chǎng)結(jié)束后,，電子槍回掃的過(guò)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(kāi)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(zhuān)門(mén)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(guò)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(guò)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(wú)效的數(shù)據(jù),，可通過(guò)行同步信號(hào)HSOUT避免輸出這些無(wú)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(lái)表示一個(gè)像素，常見(jiàn)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(jiàn)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(lái)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(guò)I2C總線完全可編程,，本小節(jié)將講述FPGA通過(guò)I2C接口對(duì)這些寄存器的具體配置。通過(guò)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）：

　　（式 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(guò)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(guò)Capture Thread，Video Thread,， Writer Thread獨(dú)立線程來(lái)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(kāi)辟緩沖區(qū),，以幀為單位往其中寫(xiě)入數(shù)據(jù),，為Video Thread做準(zhǔn)備。

　　視頻采集程序通過(guò)調(diào)用V4L2［5］（Video For Linux 2）來(lái)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(xún)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(kāi)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(guò)函數(shù)open（“/dev/video0”,， O_RDWR | O_NONBLOCK， 0）來(lái)打開(kāi)視頻設(shè)備,。打開(kāi)設(shè)備文件后,，利用ioctl函數(shù)，設(shè)置不同的V4L2參數(shù),，來(lái)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(hù)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(lái),，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(guò)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(yǔ)

　　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(kāi)源的JRTP庫(kù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,，客戶(hù)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(guò)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,。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　［1］ Analog Devices.AD9883A/AD9883A Data sheet［EB/OL］.2007. http://www.analog.com/static /imported- files/data_sheets/ AD9883A.pdf.

　?。?］ 胡建民,，郭太良，林志賢,。 AD9883 在平板顯示視頻接口中的應(yīng)用［J］?，F(xiàn)代電子技術(shù)， 2007（2）：25-27.

　?。?］ Texas Instruments Incorporated. TMS320DM35x digital media system-on-chip video processing front end （VPFE） RG spruf71a［EB/OL］,。［2009-08-10］。 http://focus.ti.com/lit/ug /spruf71a/spruf71a.pdf ,。

　?。?］ 朱文偉，許忠仁,，基于FPGA 的V GA 圖像控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J ］ ,。 貴州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009 ,，30 （2） ：109- 111.

　?。?］ SCHIMEK Michael H，DIRKS Bill,，VERKUIL Hans,，et al. Video for Linux Two API specification ［EB/OL］,。 ［2009-10-20］.http://www.soezblog.com/plate/web/bookmarkmsg.jsp？UI =cherng64&CI =368&p =1&BI=199102.