新聞中心

EEPW首頁(yè) > 消費(fèi)電子 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于UVC協(xié)議的4K智能攝像頭

基于UVC協(xié)議的4K智能攝像頭

作者:張治軍(深圳康佳電子科技有限公司,廣東深圳 518057) 時(shí)間:2022-07-27 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

摘要:本文設(shè)計(jì)了一款基于,主控采用瑞芯微RV1126,傳感器采用思特威 SC8238。攝像頭通過(guò)USB接口直連電視,實(shí)現(xiàn)高清呈現(xiàn)。支持,具有功能。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202207/436744.htm

關(guān)鍵詞;;;

0 引言

隨著 4K 電視的普及和家庭視頻會(huì)議、家庭娛樂(lè)健身的需求,本文開發(fā)了一款基于 UVC(USB 視頻類, USB Video Class)協(xié)議的 4K ,通過(guò) USB 連 接線直連 4K 電視,即可實(shí)現(xiàn)攝像頭到電視端到端的 4K 超清呈現(xiàn),如圖 1。

1658929154512382.png

圖1 攝像頭應(yīng)用系統(tǒng)框圖

本文開發(fā)的基于 UVC 協(xié)議的 4K 智能攝像頭操作簡(jiǎn)單,攜帶方便,價(jià)格便宜,具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。本文重點(diǎn)介紹攝像頭硬件主要電路開發(fā)和 UVC 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控采用瑞芯微 RV1126,傳感器采用思特威 SC8238。攝像頭通過(guò)傳感器采集圖像信息,通過(guò) MIPI 信號(hào)將采集的圖像信息傳送到主控,主控對(duì)圖像進(jìn)行編解碼后通過(guò) USB 接口將圖像信息發(fā)送給電視,電視顯示傳感器采集的圖像信息,從而實(shí)現(xiàn)攝像頭到電視端 4K 超清呈現(xiàn),攝像頭視頻信號(hào)流,如圖 2。

image.png

1.1 RV1126介紹

RV1126 支持 4K(3 840×2 160)H.265 30 fps 視頻編碼,四核 Arm Cortex-A7 架構(gòu),內(nèi)部集成了 2.0 Tops 的 NPU,NPU 支持 INT8/INT16 混合操作,可以很容易在 TensorFlow、MXNet、PyTorch、Caffe 之間轉(zhuǎn)換。RV1126 每個(gè)核里面都包含一個(gè) 32 KB I-cache、32 KB D-cache 和共用二級(jí)緩存 512 KB。芯片內(nèi)容集成了 HDR(高動(dòng)態(tài) 范圍成像,High Dynamic Range Imaging)、3A 功能(AE、 AF、AWB)、LSC、3DNR、2DNR、銳化,dehaze、魚眼校正、gamma 校正、特征點(diǎn)檢測(cè)等算法加速器。芯片集成了 MIPI(移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口,Mobile Industry Processor Interface)接口,通過(guò) MIPI 信號(hào)和傳感器直連。

1.2 SC8238介紹

思特威 SC8238 最高支持 4K(3 840×2 160)的傳輸速率,是一款業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)字 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體,Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器,它輸出的是 raw 格式圖像,有效像素為 3 872×2 180,可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 I2C(集成電路互連通信電路,Inter-Integrated Circuit)接口讀寫寄存器。它采用了 1.5 μm 背照式像素技能,在相同產(chǎn)品中靈敏度在 1 160 mV/Lux·s 時(shí)功耗最低。

1.3 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路主要包括電源模塊、時(shí)鐘復(fù)位電路、主控、傳感器、USB(通用串行總線,Universal Serial Bus)、DDR(雙倍速率,Double Data Rate)和 Flash 等,硬件電路框圖如圖 3。

1658929333336777.png

其中,整個(gè)系統(tǒng)的電源是通過(guò) USB 提供的,時(shí)鐘和復(fù)位保證系統(tǒng)正常工作,F(xiàn)lash 是用來(lái)存儲(chǔ)程序的,DDR 是隨機(jī)存儲(chǔ)器,系統(tǒng)通過(guò)思特威傳感器芯片 SC8238 采集圖像數(shù)據(jù),用瑞芯微 RV1126 芯片對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼,最后通過(guò) USB2.0 發(fā)送圖像數(shù)據(jù)到電視端。

RV1126 時(shí)鐘電路由內(nèi)部的反饋電路和外置的 24 MHz 晶體振蕩電路構(gòu)成;系統(tǒng)時(shí)鐘使用有源晶體時(shí),時(shí)鐘的幅度是 1.8 V±10%。芯片復(fù)位引腳低電平大于 4 μs 時(shí)芯片復(fù)位,芯片復(fù)位引腳并聯(lián)放一個(gè) 100 nF 電容,增強(qiáng) RV1126 的抗干擾能力,防止誤觸發(fā)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。DDR采用T型設(shè)計(jì),DQ和DQS雙向信號(hào)直接連接即可,差分時(shí)鐘信號(hào)末端串聯(lián)一個(gè) 49.9 Ω 的端接電阻;DDR4 組內(nèi)的不同信號(hào)線之間的間距、組間兩相鄰信號(hào)線之間的間距均要使用“3W”原則;單線特征阻抗控制在 50 Ω±10%,差分對(duì)阻抗控制 100 Ω±10%。PLL 電源包括 PLL_AVDD_0V8 和 PLL_AVDD_1V8 兩個(gè),必須單獨(dú)供電,并分別使用 1 個(gè)耦合電容放在相對(duì)應(yīng)的管腳 靠近,這樣在 DDR 工作在高頻時(shí),可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。內(nèi)核電源電壓是 0.8 V,必須使用單獨(dú)的 DC-DC 供電,且供電能力不能小于 1 A。NPU 電源電壓是 0.8 V, 必須使用單獨(dú)的 DC-DC 供電,且供電能力不能小于 2 A。芯片USB控制器使用200 Ω精度為1%的參考電阻,這個(gè)電阻影響 USB 眼圖質(zhì)量,因本設(shè)計(jì)是使用 USB 傳 輸視頻流的,所以這個(gè)電阻非常關(guān)鍵;USB 的信號(hào)線上要分別放一個(gè)靜電防護(hù)器件,該器件的寄生電容要不大于 1 pF,ESD PCB 布局時(shí)器件要盡可能靠近 USB。

思特威傳感器芯片 SC8238 包括 DOVDD(1.8 V)、 AVDD(2.8 V)和 DVDD(1.2 V)三路電源,濾波電容必須靠近引腳放置;在 4K 幀率時(shí),DVDD 必須設(shè)計(jì) 成 1.2 V 電壓。芯片的 VREFN、VREFN2、VREFH 和 TXVDD 通過(guò)電容到地,可以濾除電源紋波的高頻部分和低頻部分。MIPI 信號(hào)差分線阻抗控控制在 100 Ω,誤差小于 ±10%;MIPI信號(hào)不能直走線,會(huì)發(fā)生信號(hào)反射,影響視頻高速傳輸性能,且 MIPI 信號(hào)下必須有完整的地參考層,不能分割。

2 UVC協(xié)議

UVC 即 USB 視頻類是 USB Video Class 的簡(jiǎn)稱,它是微軟與其它廠商聯(lián)合推出的為 USB 視頻捕獲設(shè)備定義的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。UVC 設(shè)備包括一個(gè)視頻控制接口(VC Interface)和一個(gè)視頻流接口(VS Interface);視頻控制接口主要用于配置操作,讓 UVC 設(shè)備進(jìn)入不同的功能狀態(tài),視頻流接口負(fù)責(zé) UVC 設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)流傳輸。 UVC 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括視頻流輸入 / 輸出、攝像頭視頻流傳輸控制、圖像數(shù)據(jù)采集源的切換和選擇控制,以及圖像相關(guān)參數(shù)的處理等。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于 UVC 協(xié)議的 4K 智能攝像頭,通過(guò) USB 接口直連電視,給用戶 4K 超高清完美呈現(xiàn)。此攝像頭簡(jiǎn)單易用,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,視頻效果好,可廣泛使用在家庭視頻會(huì)議和家庭娛樂(lè)健身。

參考文獻(xiàn):

[1] N KHALID, GOCHOO M, JALAL A, et al. Modeling twoperson segmentation and locomotion for stereoscopic action identification: A sustainable video surveillance system[J]. Sustainability, 2021,13.

[2] SJURSEN A D, FRIIS M, RNNING L, et al. Monitoring of anadromous salmonids in the fjrevassdraget watercourse, Nordland[C]. Results from the video surveillance in 2020- 2021.

[3] MOSAIF A, RAKRAK S. A new system for real-time video surveillance in smart cities based on wireless visual sensor networks and fog computing[J]. Journal of Communications, 2021, 16(5):175-184.

[4] SHAHBAZ A, JO K H. Dual camera-based supervised foreground detection for low-end video surveillance systems[J]. IEEE Sensors Journal, 2021,PP(99):1-3.

[5] SEVCIK J. A special peripheral component interconnect express card for video surveillance systems in alarm applications[J]. Przeglad Elektrotechniczny, 2021, 1(5):30- 35.

[6] PANDAS K, SAHU S K. Design of IoT-based real-time video surveillance system using raspberry Pi and sensor Network[M].2021.

[7] HUANG H, SAVKIN A V, NI W. Online UAV trajectory planning for covert video surveillance of mobile targets[J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2021, PP(99):1-12.

[8] KUMAR P. Development of a thermal-visible video surveillance system based on fractional order tvmodel[J]. Journal of Physics Conference Series, 2021, 1950(1):012026.

[9] ISAEVA O, BORONENKO M, BORONENKO Y. Making decisions in intelligent video surveillance systems based on modeling the pupillary response of a person[C].2021 IEEE 6th International Conference on Computer and Communication Systems (ICCCS). IEEE, 2021.

[10] ZHANG J, JIA X, J Hu, et al. Moving vehicle detection for remote sensing video surveillance with nonstationary satellite platform[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence[J].2021,PP(99):1-1.

(注:本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)



評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉