基于DVI接口的圖像總線控制系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于DVI接口的高速圖像采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定采集Camlink接口的高速CCD傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并能提供一路DVI接口高清顯示和一路PAL制式復(fù)合視頻。系統(tǒng)可與上位機(jī)通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，并提供數(shù)字視頻信號(hào)給壓縮存儲(chǔ)單元和圖像處理單元。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，能夠廣泛應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：DVI；Camlink；圖像處理；PAL

引言
帶有DVI接口的顯示器和顯卡越來越普及，DVI(Digital Visual Interface)是1999年由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同組成的DDWG(Digital Display Working Group，數(shù)字顯示工作組)推出的接口標(biāo)準(zhǔn)。
和傳統(tǒng)的VGA信號(hào)相比，采用DVI信號(hào)的液晶顯示器不存在相位問題，不會(huì)引起像素抖動(dòng)和相鄰像素間的干擾。另外，采用DVI信號(hào)后，顯示器不會(huì)造成幾何失真，大大提高了畫面的質(zhì)量。而在圖像處理領(lǐng)域，從采集到壓縮、存儲(chǔ)、顯示，不斷提高的跟蹤測(cè)量參數(shù)對(duì)視頻信號(hào)提出了越來越高的速度要求。高幀頻CCD相機(jī)、大容量固態(tài)硬盤、高速DSP越來越多地應(yīng)用于工程實(shí)踐中?？梢灶A(yù)見，高速視頻信號(hào)采集和高質(zhì)量圖像疊加顯示在實(shí)踐中的有機(jī)結(jié)合，將會(huì)在圖像處理領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
本文設(shè)計(jì)了一種基于DVI接口的圖像總線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將高速視頻信號(hào)采集后通過DVI接口進(jìn)行視頻疊加處理，從而實(shí)現(xiàn)了采集信號(hào)的高清顯示。除此以外，也提供了高速數(shù)字信號(hào)的PAL模擬轉(zhuǎn)換功能和高速數(shù)字信號(hào)的壓縮、處理、存儲(chǔ)、傳輸功能，能夠滿足圖像處理領(lǐng)域的多種需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)由視頻數(shù)據(jù)接口、CAN總線通信模塊、PAL模塊等組成。硬件電路主要器件包括FPGA芯片系列EP3C120F780C7、DVI接口模塊、單片機(jī)C8051F500、視頻編碼器SAA7128等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)的控制模塊接收高速攝像機(jī)采集的數(shù)字視頻信號(hào)后進(jìn)行圖像處理，可與上位機(jī)顯卡DVI輸入信號(hào)進(jìn)行疊加后，通過DVI通道進(jìn)行高清顯示。同時(shí)，系統(tǒng)提供了一路PAL電視通道，可將高速數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬PAL制式信號(hào)給TV監(jiān)視器進(jìn)行圖像監(jiān)控。該系統(tǒng)還可以將視頻信號(hào)通過總線通道傳遞給壓縮存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行視頻壓縮存儲(chǔ)和圖像處理。系統(tǒng)能通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，給上位機(jī)傳遞相關(guān)處理參數(shù)，并從上位機(jī)得到相關(guān)指令。

2 視頻數(shù)據(jù)接口
系統(tǒng)采用Camlink接口的CCD，基于Camlink接口的CCD傳輸速度快，分辨率高，色彩和灰度變化豐富。Camlink技術(shù)是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司提出的一種新型數(shù)字相機(jī)接口技術(shù)，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、通信和控制功能強(qiáng)、接口方便等特點(diǎn)。該技術(shù)在高靈敏度、高分辨率的相機(jī)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。
系統(tǒng)為高速CCD采集的視頻信號(hào)提供全數(shù)字通道。高速CCD通過編解碼后將數(shù)字視頻信號(hào)傳遞給EP3C120F780C7，EP3C120F780C7將高速視頻信號(hào)傳遞給圖像處理單元進(jìn)行圖像處理；也可將高速視頻信號(hào)傳遞給專用壓縮存儲(chǔ)單元進(jìn)行視頻壓縮存儲(chǔ)，以供處理平臺(tái)進(jìn)行事后處理。

3 DVI接口模塊
DVI是以Silicon Image公司的PanalLink接口技術(shù)為基礎(chǔ)，以TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號(hào))電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種接口微分信號(hào)機(jī)制，可以將像素?cái)?shù)據(jù)編碼，并通過串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后，通過TMDS通道發(fā)送給接收器，經(jīng)過解碼送給數(shù)字顯示設(shè)備。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的DVI接口模塊包括一個(gè)傳送器和一個(gè)接收器。傳送器是信號(hào)的來源，本系統(tǒng)采用的是TI公司的TFP410，它可以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為DVI接口差分信號(hào)。而接收器則選用TI公司的TFP401，它可以接收DVI的差分信號(hào)，將其解碼并傳遞到數(shù)字顯示電路中。外部視頻流通過FPGA與TFP401編碼的DVI信號(hào)進(jìn)行疊加，疊加后的數(shù)字信號(hào)通過TFP410解碼后送給DVI顯示器顯示。DVI接口模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

DVI數(shù)字信號(hào)傳輸有單連接和雙連接兩種方式。采用單連接時(shí)，其傳輸速率可達(dá)4．9 Gbps，雙連接則可達(dá)9．9 Gbps。系統(tǒng)采用的是單連接方式。