一文看懂碼靈半導(dǎo)體CFW32C7UL系列產(chǎn)品應(yīng)用（六）： ISP圖像處理單元

歡迎再次來到“碼靈半導(dǎo)體CFW32C7UL系列產(chǎn)品應(yīng)用介紹”連載專題。通過前幾期對CFW32C7UL系列的介紹，相信大家已經(jīng)了解到CFW32C7UL系列具有高穩(wěn)定性、高安全性、外設(shè)接口豐富、低功耗和高性價(jià)比等亮點(diǎn)，在條碼識(shí)讀設(shè)備、POS機(jī)、打印機(jī)、特征識(shí)別、工業(yè)人機(jī)交互界面HMI、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)和醫(yī)療設(shè)備等泛工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛而豐富的應(yīng)用。同時(shí)對于從事開發(fā)設(shè)計(jì)的朋友想必已經(jīng)很好奇其在具體應(yīng)用中的表現(xiàn)了。本期我們從CFW32C7UL系列的應(yīng)用場景及相關(guān)功能模塊來展開介紹。

一、條碼識(shí)讀設(shè)備及其市場前景

具備圖像輸入功能的條碼識(shí)讀設(shè)備是碼靈半導(dǎo)體CFW32C7UL系列的一大應(yīng)用場景。中國條碼識(shí)讀設(shè)備市場飛速發(fā)展。受批發(fā)零售業(yè)、制造業(yè)、物流和交通行業(yè)條碼識(shí)讀設(shè)備需求量保持高增長的驅(qū)動(dòng)，中國大陸已成為亞太地區(qū)最大的條碼識(shí)讀設(shè)備市場。2011年我國條碼識(shí)讀設(shè)備市場規(guī)模約13.35億元，2017年國內(nèi)條碼識(shí)讀設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到了28.42億元，需求量從485萬臺(tái)增加到1655萬臺(tái)。同時(shí)伴隨著國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，2018年、2019年國內(nèi)市場需求量分別超過了3000萬臺(tái)、4500萬臺(tái)。

▲中國條碼識(shí)讀設(shè)備市場需求情況（來源：智研咨詢）

二、CFW32C7UL系列ISP模塊的特性

CFW32C7UL系列為實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集及處理，就必須依靠的ISP模塊。下面我們具體介紹下CFW32C7UL系列最重要的功能模塊之一---ISP圖像處理單元。

▲CFW32C7UL系列的ISP模塊（黃色框內(nèi)）

CFW32C7UL系列內(nèi)置的ISP模塊能夠?qū)ensor采集的BayerPattern RGB圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦J利的高質(zhì)量圖像。本芯片內(nèi)置的ISP模塊包含動(dòng)態(tài)壞點(diǎn)校正，自動(dòng)曝光控制，自動(dòng)白平衡控制，黑電平校正，Gamma，縮放等功能。圖像輸入接口為DVP+MIPI，數(shù)據(jù)存取接口采用AMBA AXI3協(xié)議，配置接口采用AMBA APB3協(xié)議。下面具體介紹下CFW32C7UL系列ISP模塊的相關(guān)特性。

1、視頻接口特性

?  AECAGC，自動(dòng)曝光和增益控制；

?  支持最多2通道的D-PHY數(shù)據(jù)輸入，通道數(shù)可配置；

?  D-PHY輸入采用PPI接口；

?  單個(gè)D-PHY通道支持最大2G bps的數(shù)據(jù)傳輸；

?  支持最大12-bit的數(shù)字并行接口（DVP）輸入；

?  DVP接口時(shí)鐘最高支持到108MHz；

?  支持64-bit AXI3.0的DMA接口輸出；

?  支持最大3M@30fps的Byer-RGB的sensor圖像輸入，可支持目前掃碼sensor主流的1.3M@120fps。

▲ISP的視頻接口示意圖

DVP接口支持8、10、12 bit的Bayer-RGB。

MIPI CSI 2.0接口輸入時(shí)，Bayer圖像經(jīng)MIPI接口輸入到D-PHY，通過PPI接口到ISP系統(tǒng)內(nèi)部的MIPI Host。在MIPI Host內(nèi)部數(shù)據(jù)被打包成32-bit的數(shù)據(jù)傳給ISP處理，處理好的數(shù)據(jù)通過64-bit的AXI接口輸出給外部。

2、ISP特性

?  AECAGC，自動(dòng)曝光和增益控制

?  AWB，自動(dòng)白平衡

?  AFC，自動(dòng)對焦

?  DPC，壞點(diǎn)檢測

?  LENC，鏡頭陰影校正

?  CCM，色彩校正矩陣

?  50/60Hz 燈光閃爍消除

?  增強(qiáng)色彩插值（去馬賽克）

?  伽馬校正

?  圖像降噪

?  銳化增強(qiáng)

?  亮度、飽和度、色度和對比度控制

?  數(shù)字變焦（放大4x，縮小16x）

?  ARC，自動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍控制（僅支持HDR）

?  閃光燈控制

?  機(jī)械快門控制

三、CFW32C7UL系列ISP模塊的系統(tǒng)功能

通過對CFW32C7UL系列ISP模塊的特性介紹后，我們就可以更容易理解其功能應(yīng)用。下面就其輸出處理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存機(jī)制及系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1、數(shù)據(jù)處理

ISP從Sensor接收Bayer Pattern RGB（RAW）數(shù)據(jù)，分別在RAW域，RGB域以及YUV進(jìn)行處理，最終輸出YUV數(shù)據(jù)。

RAW數(shù)據(jù)主要經(jīng)過動(dòng)態(tài)壞點(diǎn)校正（DBPC），黑電平校正（BLC），鏡頭陰影校正（LSC），RAW域3A信息統(tǒng)計(jì)（3A Statistics），白平衡（WBG），顏色插值（Demosaic），得到RGB數(shù)據(jù)；RGB數(shù)據(jù)經(jīng)過Gamma校正，RGB2YUV轉(zhuǎn)換為YUV數(shù)據(jù)。Y數(shù)據(jù)經(jīng)過縮放模塊（Y Scaler）可以帶動(dòng)所需要亮度的圖像。

2、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存

Sensor送入的數(shù)據(jù)可以直接送到ISP內(nèi)部的處理模塊進(jìn)行各種處理，也可以直接寫到ISP外部的Memory中。

黑電平標(biāo)定，鏡頭陰影標(biāo)定等都需要將RAW數(shù)據(jù)直接寫到外部Memory，導(dǎo)出到標(biāo)定工具中，產(chǎn)生Sensor的黑電平，鏡頭陰影補(bǔ)償系數(shù)表。

3、系統(tǒng)應(yīng)用

ISP的應(yīng)用也很簡單，具體的應(yīng)用流程如下：

① CPU根據(jù)需要配置ISP，并響應(yīng)中斷；

② AXI根據(jù)CPU的配置，從Memory中載入配置數(shù)據(jù)，從外部Sensor接收RAW數(shù)據(jù)；

③ 將統(tǒng)計(jì)信息送到外部Memory，處理好的Image（YUV數(shù)據(jù)）可以存入外部Memory中；

④ 如果ISP后面有相應(yīng)的后處理模塊，則ISP處理好的YUV數(shù)據(jù)也可以直接送入后面的后處理模塊。

▲ISP的應(yīng)用流程示意圖

通過上述對CFW32C7UL系列內(nèi)置的ISP模塊的介紹，相信大家對ISP的特性、功能等已經(jīng)有了較為深入的了解。本芯片內(nèi)置的ISP模塊除了可提供處理后的Y圖（亮度圖）的格式給普通客戶外，也可以提供不加任何處理的sensor出來的RAW圖。當(dāng)然如果您對自家的圖像處理算法相當(dāng)自信的話，采用RAW圖自行處理也是一種差異化的好選擇。

碼靈半導(dǎo)體CFW32C7UL系列內(nèi)置的ISP模塊支持的sensor接口包括DVP和MIPI接口，可支持不同規(guī)格的像素及分辨率的sensor。如果您的產(chǎn)品項(xiàng)目特別關(guān)注產(chǎn)品安全、設(shè)備功耗、圖像處理、便捷的操作系統(tǒng)，那么碼靈半導(dǎo)體CFW32C7UL系列是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。如果您對我們的產(chǎn)品有興趣，或者需要詳細(xì)了解更多的參數(shù)，歡迎來撩！今天的話題就到這兒，我們下期見！

本期作者：謝耀華、梁夢雷、陳紹景、劉悅臻、謝劍杰