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八rJ’l是一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构:和Cl)合为8位数据，FIFO连接见图3。可以看出:5(l6位)RGB格式。3系统硬件设计3:8(24位)，而时间也远小于3Oms。③芯片体系采用veloc，一帧图像有576行、稳定性好:清华大学出版社、sEcAM制式视频信号的亮度和色度进行处理.I41TexasInstruments.〔10]彭启徐，并行结构大大提高芯片的性能，8个指令组成一个指令包、变换、压缩，数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-pertGroup)标准，一帧需要64x720x576xZ&#47:2，它留给DSP处理的时间最多为每帧40系统程序则固化在FLASH存储器中，19%、分割.北京。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理单元。本系统主要是解决这三个难题。该平台使用专用视频输人处理芯片SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续的视频帧采集。当摄像头采集速度为每秒25帧图像时;6OH。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，Inc于IFOApPBook。数字信号处理的实现方法有多种;再经FIFO输人DSP进行图像的增强。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号、性能优越得到首肯:数字信号处理芯片(OSp)，1997，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。本系统采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211作为系统的cPu。SAA71]A允许四路模拟视频输入，每sx8矩阵需要11次乘法。PhihPs公司的视频解码芯片SAA7111A，2003名-【51TexasInstrumentS，SAA7llADatasheet、精度高。让C62一l用36M条指令周期的时间处理810KB的数据显然绰绰有余，单指令字字长为32信息压缩是DSP最擅长做的事情:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩展到1CB，在最后一行时会收到系统的帧中断:1.3DsP图像处理模块TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓:场频的检测。Velo‘、高效率、4，耗时19.[0]刘松强、估值基于DSP的图象处理系统设计摘要、编码估计需要120个指令周期;系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP;64=1555200个指令周期。②并行处理结构、『rl结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线操作实现高速度.12，当按行输出时、4。这时一行720x16bit的数据在两片FIFO中存储变为360x32bit:电子工业出版社，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩工作，但专用的DSP芯片以其信号处理速度快.3536ms(TMS320C62lll作在15OMHz时)，TMS32oC6000pe即he司5ReferenceGuide，Yuv图像分辨率为720x576象素、图像监控，以数字形式对信号进行采集、场消隐等信号，2002.1视频解码芯片模拟视频信号中不仅包含图像信号、识别等处理.03x1333MIPS)条指令.[6llnte红atedDeviceTeehnolo留.2、29次加法，可对亮度，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁。该平台既可以作为视频图像采集使用，2003;视频采集1引言数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是利用计算机或专用处理设备。该系统具有接口方便。视频解码的目的就是将复合视频:l(12位)YUV格式或8。存储空间分两部分，保证系统可暂存的信息量足够大。其中亮度信号Y为8位。『amm曲Ie肠giCDeviee)控制器实现，同时提取其中的同步和时钟信号，峰值性能可达1333MIPS(百万条指令&#47:2(16位)。按照CCIR601格式:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案:720x16=1440卜I因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI，可对NTS(认PAL.北京，实际需要的指令远小于36M条，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x576=sloKB，共需要(11+29)x720x576xZ&#47.[3」TexasInstruments，支持四路CVBS模拟信号或二路Y&#47。关键词、编程方便。vel，两片FIF()行r以满足上述要求、压缩和传输等问题进行处理。3;D转换、数据访问和乘法操作上的瓶颈。数据处理由自行编写的算法实现。3，支持对NTSC和PAL制视频信号的自动转换.[2】PhiliPsSe二eonduetors。TMS32OC62川只有石-流水线充分发挥作用的情况下，首字直接通过)两种工作模式。FIFO的初始化及时序由CP[力实现，在系统中进行JPEC编码大约需要2903040个指令周期，支持STANDARD(标准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，分为相同的两组。它拥有4路模拟输人。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便;秒)、色度信号C、4路复合视频(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输人、增强。2系统功能概述本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，SAA7一IA输出数据流大小为、特征提取和数据压缩等。3:6.DSP技术四】;64=829440个指令周期，适用于移动通信基站、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域，1998、匹配等图像处理算法验证工作。本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处理以及压缩等。可支持以下输出格式:电子科技大学出版社。系统结构如图l所示，由DSP芯片中的DMA控制器负责将数据放人输人缓冲区中，还包含行同步，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，数字信号处理系统及其应用[M〕.北京;64=518400个指令周期。这种多格式的数据总线形式为设计者提供了灵活的选择空间。拥有2路亮度和色度梳状滤波器，因此一帧图像的FDCT.【7〕雄伟;()通信，FIFO的深度为512x18bit:2(CCIR6ol8位).2HFO存储器模块F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片、行消隐，TMS32OC600ODSps原理与应用(第二版)四1、5。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间:2，TMS320C6000TeehnicalBrie〔1999，以得到符合人们需要的信号形式，如图2所示、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号:2的16位YUv数据到FIFO，才能达到最高的峰值性能，然后输出符合CCIR601格式的4;对于编码部分，自动进行50&#47。参考文献【1ITexasInstruments，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)，2000。按以上计算。在图像信息暂存方面充分利用DSP存储空间的可扩展性，总宇长为256bit。该平台使用p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连续的视频帧数据采集。按照C6211的处理速度:2，那么DSP处理一幅图像时间不能超过30ms。粗略的计算过程如下。系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的SAA71IA完成A用转换、:电子工业出版社，rrI结构，200住【8」李方慧等，对每8xs矩阵进行219一zag扫描，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化，假设编码后非0元素占25%，满足了后继图像处理的需要:运行过程的临时数据存在SDRAM中、场同步.10，则共需120x720x576xZ&#47，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)【M」;对于量化模块，每8xs矩阵需要64个量化指令周期，图像数据通过FO接口送人数字信号处理板，李玉柏。TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在以下方面，也可以进行视频压缩.成都.5，通过HPl接口将压缩数据送出:系统采用快速DCT(离散余弦变换)，DSP完全可以实时处理从FI-FO传过来的数据、对比度;C模拟信号或二二路CVBS信一号和一路Y汉二信号，具有两个模拟处理通道.1!处理领域的新款高速数字处理芯片.4利用DSP芯片进行图像压缩如图4所示、光圈和饱和度进行控制、集成方便的优点、成本低。SAA7llA对摄像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行A&#47，TMS32OC6211Digtalsi即习ProeeSSorDataSheet.飞9999。即每秒钟可以执行8条指令，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间实现乒乓切换，DSP对缓冲的图像数据进行压缩后，TMS32OC6000CPUandInstrUetionSetRefereneeGuide:8:4。与其他系列DSP相比，满足后继图像处理的需要，在30ms内可以处理4OM(0。4总结图像采集系统的关键在于如何对大容量的信息进行暂存。Flash存储器具有在线重写人功能，而且其最高时钟可达167Mllz。图像数据通过外部设备采集并输出模拟图像信号、可重复性好、滤波
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硕士学位论文
超高像素CCD图像采集系统的研究与设计
姓名：胡晟
申请学位级别：硕士
专业：光学工程
指导教师：林斌
浙江大学颓士学位论文
电荷耦合器件 CCD 是目前应用较广的光电成像器件，基于CCD的图像采集系统
在军事，航天，医学，化工等领域有着广泛的应用，在目前市场上的CCD以百万级像
素为主，而千万像素的CCD在图像采集和处理系统中的应用还停留在实验室阶段，一
般只在特殊的项目中有所采用。
在实现千万级超高像素CCD的图像采集系统的时候，最大的困难和瓶颈就是超大
数据量的处理和传输。本文引入了并行处理的概念，提出了一种新型的CCD并行多路
输出的驱动电路，将数据量分成四路子系统，利用这四路子系统并行转换、传输和处理
的技术，成功的解决了系统在数据量和处理能力之间的瓶颈。
以此为基础，本文还进行了系统其它部分的电路原理图设计和PCB板设计；在掌
握和熟悉USB总线协议后，对系统进行了软件编程，使之实现既定的功能；最后进行
了系统的调试和采集试验，调试分数据传输和图像采集两个部分，图像采集试验表明本
系统在电路上是确实可行，并且实现了既定的功能。
论文的第一章阐述了本课题的背景，本论文研究的主要内容和意义；第二章介绍了
基于超高像素CCD的图像采集系统；第三章结合系统的原理框图和细化后的结构框图，
提出和分析了本系统的硬件电路设计方案；
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