．
ａ ｌｃ ｔ ｎｓｉ ｒ ｐｏ ｅ ｓｄ ｎ ｐｐ ｉａｉ ，ｓ ｐ ｏ ｓ ｄ ｂａ ｅ ｏ ＡＲＭ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｂ ｄｄ ｄ ｎ ｘ ｙ ｔｍ ｓｈｉｈ－ｐ ｅ ｉ ｅ ｍ ａ ｅ ａ ｑ ｉｉｉｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｐ ｏｃ ｓ ｏ ｓ ａ ｄ ｍ ｅ ｅ Ｌｉ ｕ ｓ ｓｅ ， ｇ ｓ ｅ ｄ ｖ ｄ ｏ ｉ ｇ ｃ ｕ ｓｔｏ ｓ ｓｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａｃ ｉｅ ｔ ｒ ｎｄ ｓ ｆｗａ ｅｄ ｓｇ ｏｌｔｏ ，ｎ ｖ ｓｔ ｙ ｏｕｔｏ ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈｅ ａ ｄ ｒ ｒ ｈｔ ｃｕ ｅ ａ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉ ｎ ｓ ｕ ｉｎｓａ ｄ ｇｉｅ ｈｅｋｅ ｓ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｒ ｂｌｍ． ｐ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔｔ ｈ
ａ ｐｌｃ ｔ ｎ ｒ ｑ ｉｅ ｅ ｓ ｐ ｉ ａｉ ｅ ｕｒ ｍ ｎｔ． ｏ
Ｋｅ ｗ ｏ ｄ ： ｙ ｒ ｓ ＣＣＤ； ＰＧＡ ； ａ ｅａ ｑ ｉｉｉｎ； Ｆ Ｉ ｇ ｃ ｕ ｓｔｏ Ｅｍｂｅ ｄ ｄｌｎ ｘ ｍ ｄ ｅ ｉｕ
硬件 电路 设 计 本 设计 的硬件系 统 由嵌 入式 ＡＭ处理器 、 Ｃ Ｒ ＣＤ图像传 感器 、 ／ ＡＤ 转 换器 、ＦＧ ＰＡ电路 、ＪＥ ＰＧ编码器等 组成 ，其 中， Ｃ Ｃ Ｄ图像 传感器 将 光 信号转 换为 模拟 电子信号 ，传送给 ＡＤ转换器 ，ＡＤ转换器将 模 ／ ／ 拟 电子信 号转换 为 Ｂｙ ｒ数字信 号 ，传送 给 ＦＧ ，Ｆ Ｇ ａｅ ＰＡ Ｐ Ａ将 Ｂｙ ｒ ａ ｅ 数 字信号 转换 为 Ｙ Ｖ 号 ， Ｕ信 传送 给 ３ Ｅ 编码 器 ， 由 ＡＭ控制 Ｊ Ｅ ＰＧ 再 Ｒ ＰＧ 编 码器生 成 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ图像 ，通过 网络传送 给 Ｐ Ｃ机保存 或显示 。 对 各 部分 电路 的详 细介 绍 如下 ： （ ）Ｃ Ｄ 控 制 电路 。Ｃ Ｄ 控 制 电路 采 用 索尼 公 司 生产 的 一 Ｃ Ｃ ＩＸ０ ，其主 要作 用是 将像 素 的光信 号转 换 为 电信 号 Ｃ２５ ＩＸ０ 是 ～款 １２英 寸、有 效 像素 为 １５ 的 ｃＤ传感 器 ， Ｃ２５ ／ ４万 ｃ 每 秒 可 输 出 图 像 ７ ５ 帧 。 其 关 键 参 数 如 下 ： 水 平 驱 动 频 率 ． １． １Ｍ ｚ ４ ３ ８Ｈ ，感光 区尺 寸 ０ ５英寸 ，有 效 像素 １９ ．０ ０ ． ３２ １４ ，可 满足 大 多数 应用 的 需求 。 （ ） ／ 转 换电路 。 ／ 转换 电路 的主 要功能是 将 ＣＤ － ＡＤ ＡＤ Ｃ 传感 器 输 出的模拟信 号转换 为数字信号 。本设计选用 Ａａ ｏ ｅ ｉｅ公司 ｎ ｌｇＤｖ ｃ 生产 的 Ａ ９２Ａ作为 ＡＤ 换电路 ， Ｄ９３ ／转 它具 有 １ 位 ３Ｍ ｚ ／ 转换器 ， ２ ６Ｈ Ｄ Ａ 内含 ６ ４ ｄ 可变增 益放大器 ，是针对 数字 图像采 集设备 的前端设 －２Ｂ 备 。ＡＭ微 处理器 通过 串行接 口控制 ＡＤ转换 电路将 Ｃ Ｄ电路输 出 Ｒ ／ Ｃ 的模 拟信号转 换为数字 Ｂ ｙｒ 号，并将其输 送到 ＦＧ ａｅ 信 ＰＡ电路 。 （ ）Ｆ Ｇ 控 制 电路 。Ｆ Ｇ 三 ＰＡ ＰＡ控制 电路 的主 要功 能是 将 Ｂ ｙｒ ａｅ 信 号转 换 为 ＲＢ信 号 再将 ＲＢ 号 转换 生成 ＹＶ视频 信 号 。 Ｇ Ｇ信 Ｕ （ ） Ｐ Ｇ 码 电路 。 Ｐ Ｇ 码 电路 的主 要功 能是 对输 入 的 四 ＪＥ 编 ＪＥ 编 Ｙｖ视频 信 号进 行编 码 ， Ｕ 生成 常用 的 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ图像本 设计 选用 的 ＪＥ ＰＧ 编 码 芯 片 是 Ｔ ｙｏ ｌｃｒ ｎ ｅ ｉｅ Ｌ ｍ ｔｄ 公 司 生 产 的 ｏｋ Ｅｅ ｔｏ Ｄｖ ｃ ｉ ｉｅ Ｔ ３ １ＲＦ Ｅ ３０ Ｐ （以 下 简 称 Ｔ ３ １）芯 片 。 Ｔ ３ １ 是 基 于 Ｅ ３０ Ｅ３ ０ Ｉ Ｏ ＩＣ０ １— Ｃ ｅｕ ｎ ｉｌ 方式 的 ３ Ｅ 编码 芯 片 ，可对 Ｓ／ Ｅ １９８ １Ｄ Ｔ ｓｑ ｅｔ ａ ＰＧ ６ ０４ ０Ｖ Ａ４ ：２ 的 图像进 行最 大 １５ｐ ４ｘ ８ （Ｇ／ ：２ ） ３ ｆｓ的高速 压缩 。 （ ）Ａ 控制 电路 。 Ｒ 整 个系 统 的中心控 制 部件 ，负 责 五 Ｍ Ｒ ＡＭ是 控 制 Ｃ Ｄ电路 的输 出 、／ 换 电路 的输 入 输 出， 制 Ｆ Ｇ Ｕ ＡＤ转 控 Ｐ Ａ将 Ｙ Ｖ Ｕ 信 号输 送 给 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ编码 芯片 ， 并将 ＪＥ ＰＧ编码 芯 片输 出 的 ＪＥ ＰＧ图像 数 据通 过 网络 传送 给 Ｐ 机达 到 显示和 保 存 的 目的 。本 设计 选 用 ｃ
ｓ ａｔ ｃ ｖ ｄ ｅ ｏ ｒ ｉ ｔ ｒ ｕ ｔ ｉ ｔ ｉ ｑ ｖ ｉ ＊ ｅ — ｄ ｔ ｉ ｏｉ ｎｃ ｄｅ ｎ ｅ ｒ ｐ （ｎ ｒ ， ｏ ｄ ｄ ｖ ｉ ，
—
ｓ ｒｕ ｔ ｔ ｔ ｃ ｐ
—
ｒｇ ＊ｅ ｓ ｅ ｓｒ ｇ）
Ａ ｍ ｌ 司生 产 的 Ａ９ Ｒ ９０ ｔｅ 公 Ｔ １Ｍ ２０微控 制器 。 二 、驱 动程 序设 计 与实 现 （ ）驱动 程序 的 各模块 的功 能。在 Ｌ ｎｘ操 作系 统下 ，设 一 ｉｕ 备 驱动 程序 是 系统 内核 与机 器硬 件 之 间的接 口，它 为应 用程 序屏
计 算机 光盘 软件 与 应用
２ １ 年第 ２ 期 ０１ ３
Ｃｍ ｕ ｅ ＤＳ ｆ ｗ ｒ ｎ ｐ ｌｃ ｔ ｏ ｓ ｏ ｐ ｔｒＣ ｏ ｔａ ｅａ ｄＡ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ 软 件 设 计 开 发
高速图像采集系统的设计与实现
何 宇矗
（ 四川大学，成都
６０６ ） １ ０４
摘 要 ： 图像 采 集及传 输技 术在 公共 安 全 、工业 控制 、科 学研 究等 领域 得 到 了广泛 的应 用 ，这 些应 用对 系统 的采 集 、 传 输速 度提 出 了越 来越 高 的要 求。针 对这 些应 用 ，提 出了一种基 于 Ａ Ｉ ＲＮ 处理 器 和嵌入 式 Ｌｎ ｘ系统的 高速视 频 图像 采 集 ｉｕ 系统 的硬件 结 构及软 件设 计 方案 ， 给 出 了关键 问题 的解 决方 法 。实验 结果表 明 ， 设计 方案 能够 以每 秒 １ 并 该 Ｏ帧的 速率 采 集 并传输 图像 ，且 生成 的图像 质量 较好 ，能 够 满足 大 多数 应 用的要 求。
｛
ｒｇｗ ｉｅ ＩＡＫ ００ ０） ｅ ｒ ｔ （Ｍ Ｓ ， ｘ ０ ｆ ｔ ｓ ｌ ｔ ｓ ｈ ｄ ｌ （ ｅ ｃ ｄ ｒ ｔ ｓ ｌ ｔ ａ ｋｅ ｃ ｅｕ ｅ＆ ｎｏ ｅ— ａｋ ｅ）
ＨｅＹｕ ｈ ｃｕ
（ ｉ ｕ ｎＵ ｉ ｒｉ ，ｈ ｎ ｄ ６ ０ ４Ｃｈ ａ Ｓｃ ａ ｎ ｅｓ ｙＣ ｅ ｇ ｕ １ ６ ， ｉ ） ｈ ｖ ｔ ０ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ：ｍ ａ ｅａ ｑ ｓｔ ｎｄ ｔａ ｍ ｉｓｏ ｅ ｈ ｌｇｙ ｉ ｕｂｉ ａｆｔ， ｕ ｔｉｌｃ ｎ ｒ ｌ ｃｅ ｉ ｃｒ ｓ ａｃ ｎ ｔ ｅ ｅ￣ ｔ ａ ｔＩ ｇ ｃ ｕｉｉｉ ａ ｒｎｓ ｓ ｉｎ ｔｃ ｎｏｏ ｎ ｐ ｌｃｓ ｅｙｉ ｓｒａ ｏ ｔｏ， ｉｎｔ ｅ ｅ ｒｈ ａ ｄ ｏ ｈ ｒｆ ｌ ｏｎ ｎｄ ｓ ｉ ｆ ｉ ｈ ｖ ｅ ｎ ｉｅ ｙ ｕ ｅ ，ｈ ｓ ｐｐ ｉａｉｎｓｏ ｅ ｓ ｓｅ ＇ ｏｌｃ ｉｎ， ａ ｓ ｉｓｏｎ ｓ ｅ ｄ ｉ ｈ ｒａ ｉ ｅ－ ｅ ｉｅ ｎ ｓＦｏ ｅ ｅ ａ ｅ ｂ ｅ ｗ ｄ ｌ ｓ ｄｔ ｅ ｅ ａ ｌｃ ｔｏ ｎ ｔ ｙ ｔｍ ｓｃ ｌｅ ｔｏ ｔ ｎ ｍ ｓ ｉ ｐ ｅ ｓｈ ｇ ｅ ｎｄ ｈｇｈ ｌｒ ｑｕｒ ｍｅ ｔ ｈ ｒ ｒｔ ｓ ｈ
关键 词 ：Ｃ Ｄ；Ｆ Ｇ Ｃ Ｐ Ａ； 图像 采 集 ；嵌 入 式 ｌ ｕ ｉ ｘ ｎ
中图分类号：Ｔ ３ １ ２ Ｐ １． ５
文献标识码 ：Ａ 文章编号：１０ — ５９（ ０ １ ３ ０９— ２ ０７ ９９ ２ １ ）２— １３ ０
Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ Ｉ ａ ｅＡｃ ｕ ｓｔ ｎ Ｓ ｓｅ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｉ ｐ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｇ － ｐ ｅ ｍ ｇ ｑ ｉｉ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓｇ ｎ ｍ ｌｍｅ ｔ ｔｏ ｉ
—
ｓｒ ｔ ｔ ｕｃ ｆｉ ｅ ｏｐ ｒａ ｏｎ ｔ ｃ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔｉ ｓ ｅ ｏｄ ｒ ｐ ＝
— — — —
｛
．
ｏ ｎｅ ＝ Ｔ Ｓ ＯＤ Ｌ ｗ ｒ ＨＩ Ｍ Ｕ Ｅ，
ｏ ｎ ＝ ｅ ｃ ｅ Ｏ ｅ ’ ｐｅ ｎ Ｏｄ ｒ ｐ ｎ
—
．
．
ｒ ｅ ｅ ＝ ｅ ｏｄ ｒ ｒｅ ｅａ ｅ， ｅｌ ａｓ ｎｃ ｅ ｌ ｓ
ｄ ｓ ａ ａ ｔ ｒ ０ ｆ ｍｅ ｅ ｅ ｏ ｄ ａ ｄ订ａ ｓｅ ａｅ ｏ ｅ ｉ ｇ ．ｎ ｅｒ ｓ ｌ ｎ ｍａ ｅ ｑ ａｉ ｅ ｅ ｂ ｅｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｃ ｎ ｃ ｐｕ ｅ １ ａ ｓｐ ｒｓ ｃ ｎ ｎ ｎ ｇ ｌ ｎ ｆｒｒ ｔ ｆ ｈ ｍａ ｅ ｄｔ ｕ ｔ ｇ ｉ ｇ ｕ ｌ ｙ ｉ ｂ Ｒ ｒａ ｌ ｏ ｍｅ ｔ ｔ ａ ｈ ｅ ｉ ｔ ｓ ｍｏ ｔ
一
、
蔽 了具 体硬 件 的细节 ，使 应用 程 序可 以像 操作 普通 磁盘 文 件一 样 操作 硬件 设 备 。 系 统 中的驱 动程 序用 于控 制 Ｆ Ｇ ＰＡ模 块及 ＪＥ ＰＧ编 码器 模 块 ， 主要 完成 以下六 项工 作 ： 始化 Ｔ ３ １ 控 制 寄存器 ；申请 内存 空 初 Ｅ ３０ 间暂 存 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ数据 ；实现异 步通 知机 制 便于 与应 用层 进行 通信 ； 响 应应 用层 发 出的控 制 Ｔ ３１ 启停 及设 置工 作方 式 的命 令 ； 实现 Ｅ ３０ ｍ ａ 函数 把 内核 空 间 映射 到 用户 空 间便 于 大量 数 据 在 内 核和 应 ｍｐ 用层 之 间的传 送 ； 申请 中断并 实现 中 断处理 程序 ，用 于 通 知应 用 层保 存 图像数 据 。 （ ） ｆ ｌ ｏ ｅａ ｉｎ 二 ｉ ｅ ｐ ｒｔ ｏ ｓ结构 的 实现 。其 ｆ ｌ— ｐ ｒｔ ｏｓ ｉｅ ｏｅ ａ ｉｎ 结构 的成 员如 下 ：