基于高級(jí)圖形控制器及視頻處理技術(shù)的遠(yuǎn)程攝像頭應(yīng)用實(shí)例

有越來越多的基于視頻的應(yīng)用，如監(jiān)控，網(wǎng)路視頻和門禁系統(tǒng)，這樣的遠(yuǎn)程攝像技術(shù)也可以直接應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)設(shè)備和醫(yī)用顯示器。在技術(shù)上而言，視頻數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)的操作需要緊密地搭配在一起。這對(duì)工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)而言影響極大，因?yàn)樗麄冃枰业竭m當(dāng)?shù)姆桨竵磉B接到視頻流并把它集成到他們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地減少所需的元器件，減小PCB板的面積和降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
先進(jìn)的人機(jī)界面（HMI）需要視頻和控制組合創(chuàng)建一個(gè)允許監(jiān)控并可以同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的遠(yuǎn)程控制。此外，它可以促進(jìn)多任務(wù)處理，用戶可以觀看視頻的同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)操作，通過控制接口，僅僅使用一個(gè)高性能圖形控制器芯片和高端的微控制器和分離的零部件來建構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)也不是一個(gè)令人滿意的做法。首先，將攝像頭丶微控制器丶顯示處理和連接元件之間的匹配需要很多的特徵和功能，其次，圖形控制器將需要一個(gè)大容量的幀緩沖器（內(nèi)容對(duì)映至顯示器）和大量的快閃存儲(chǔ)器資源（在該圖形庫的控制系統(tǒng)可以被存儲(chǔ)），所有這一切將占用極大的電路板空間，同時(shí)也影響對(duì)功率消耗和系統(tǒng)的整體價(jià)格成本。
真正需要的是一種只用幾個(gè)高度集成的、現(xiàn)成的芯片，針對(duì)性的對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)。這意味著，在同樣操作功能下，可避免上述系統(tǒng)技術(shù)上的過度複雜並更具有成本效益。
圖1詳細(xì)介紹了遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于監(jiān)視或安全應(yīng)用程序，運(yùn)行在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的5VDC電源下，通過該系統(tǒng)的高品質(zhì)的視頻流，使用更簡(jiǎn)樸的系統(tǒng)形式用於這類應(yīng)用。其獨(dú)特的特點(diǎn)是它采用創(chuàng)新的微控制器具有高性能相互互連技術(shù)和圖形控制裝置。


圖1：遠(yuǎn)程攝像頭應(yīng)用程序中使用FT900和FT800的功能框圖

該系統(tǒng)是基于新發(fā)布的FT900面向應(yīng)用的控制器（AOC）的設(shè)備伴隨著FT800嵌入式視頻引擎（EVE）。在這個(gè)例子中設(shè)計(jì)者可以選擇攝像機(jī)的視頻從本地或可由選地連接在連接到另一個(gè)FT900模塊的遠(yuǎn)程相機(jī)模塊的相機(jī)模塊的QVGALCD屏幕上顯示。通過觸摸屏，它也可以把畫面暫停來查看更細(xì)致的影像。
現(xiàn)在讓我們依次來看看這個(gè)系統(tǒng)的主要元素——微控制器，圖形控制器和配合這兩個(gè)設(shè)備的固件。

微控制器
基本上FT900是已經(jīng)被開發(fā)用于高速運(yùn)行的32位微控制器，運(yùn)行的時(shí)鐘速度高達(dá)100MHz，其專有的FT32處理器的核心可達(dá)2.93DMIPs/MHz，并且由于它的零等待狀態(tài)的程序存儲(chǔ)器，可以提供的處理性能甚至到281DMIPs。其微控制器的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)流省去了復(fù)雜的直接存儲(chǔ)器存?。―MA）接口的內(nèi)部傳送數(shù)據(jù)。它攜帶的VGA（640×480像素）分辨率的視頻圖像數(shù)據(jù)和SD卡（2.0）接口，并支持10/100M以太網(wǎng)，I2C主端及從端，還有I2S外部音頻接口等。
圖形控制器
集成顯示器，音頻和觸摸功能到一個(gè)單芯片，F(xiàn)T800能夠更精簡(jiǎn)的使用於人機(jī)界面（HMI），來發(fā)展新世代的智能顯示器。這種創(chuàng)新的圖形控制器IC，它適用于QVGA/WQVGA TFT顯示器。其使用一種新型的面向?qū)ο蟮姆椒ǎㄆ渲械膶?duì)象可以是用戶自定義的圖片，字體，窗口小部件，聲音等），不需要閃存和幀緩沖區(qū)，也不需在外掛一個(gè)單獨(dú)的觸摸控制器或音頻DAC，自帶一個(gè)4線觸摸屏控制器和一個(gè)單通道音頻控制器——不但節(jié)省了空間，也降低了材料成本。跳脫傳統(tǒng)的寬并行總線控制，F(xiàn)T800可通過低帶寬的SPI或I2C接口進(jìn)行資料傳輸，這將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來十分有利的幫助，不但可大幅減少引腳數(shù)還可大幅減小IO功耗。
固件
這個(gè)系統(tǒng)的固件是使用FT900 IDE軟件，它是基于Eclipse的開源項(xiàng)目和GCC的開源編譯器開發(fā)的。可以從FTDI芯片網(wǎng)站免費(fèi)下載，包括外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，庫和例子。上電時(shí)，將攝像頭模塊丶高速以太網(wǎng)MAC與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）程序和FT800顯示模塊先進(jìn)行固件配置，然后FT800，攝像頭和以太網(wǎng)接口之間的數(shù)據(jù)流即開始運(yùn)行。該FT900充分利用的FT800的內(nèi)置顯示器，音頻和觸摸功能來呈現(xiàn)從照相機(jī)和屏幕上的用戶控制，包括視頻數(shù)據(jù)，聲音控件和觸摸屏輸入。流的數(shù)據(jù)速率需搭配攝像頭的分辨率和幀速率。FT900具有流640×480像素分辨率的攝像頭數(shù)據(jù)在15frames/sec的速度通過其集成的高速以太網(wǎng)接口的能力。
總之，在需要大量數(shù)據(jù)流的應(yīng)用程序時(shí)工程師構(gòu)建系統(tǒng)常需面臨困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，遺憾的是傳統(tǒng)的思維是不可能幫助他們解決問題。本文中所描述，通過從不同的角度來開發(fā)方案，將會(huì)產(chǎn)生完全不同的傲人成果，不但簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程，縮短開發(fā)時(shí)間，還可精簡(jiǎn)開發(fā)人力與產(chǎn)品成本。以太網(wǎng)，SPI接口和閃存都集成到了FT900。同樣地，觸摸輸入，聲音和圖形元素在FT800內(nèi)集成。通過合并這些IC的關(guān)鍵屬性，即可實(shí)現(xiàn)別于其他系統(tǒng)的結(jié)果。