基于FPGA的攝像機(jī)傳感器接口實(shí)現(xiàn)

如今有幾個(gè)著名的圖像傳感器制造商，它們是Aptina、OmniVision Technologies、索尼、三星、松下、東芝和Altasens。

　　如前所述，傳感器制造商配置了一系列接口，用于將離開其芯片的圖像信號(hào)傳至下游邏輯進(jìn)行處理。非常普遍的是，同一傳感器制造商根據(jù)需要從芯片中提取的數(shù)據(jù)量使用不同的接口。例如，具有兆像素分辨率的現(xiàn)代傳感器需要在給定的周期時(shí)間傳出比僅具有VGA級(jí)分辨率的傳感器多得多的數(shù)據(jù)。像高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）這樣的要求還增加了數(shù)據(jù)量，需要從每個(gè)圖像幀的圖像傳感器讀取數(shù)據(jù)，而為支持平滑、低延遲高品質(zhì)的視頻，需要在給定的時(shí)間內(nèi)從傳感器芯片提取幀數(shù)，這也影響了傳感器接口的選擇。

　　圖像傳感器接口的演進(jìn)

　　到目前為止，所有傳感器都可連接到并行LVCMOS接口，如圖2所示。傳感器分辨率和幀速率已經(jīng)提高到一個(gè)水平，此時(shí)以前的主流CMOS并行接口已不能處理所要求的帶寬。

圖2 并行LVCMOS圖像傳感器I/F

由于兆像素傳感器的問世，對(duì)更高速度的需求激增，HDR和對(duì)支持更高幀速率、新型、更高速度傳感器的需求正使用不同的接口來克服并行LVCMOS的局限性。例如，索尼和松下使用并行的子LVDS接口，OmniVision使用MIPI或串行LVDS。另一個(gè)例子是，為支持更高帶寬的需求，Aptina Imaging已經(jīng)推出了稱為HiSPi（高速串行像素接口）的高速串行接口。HiSPi接口可以工作在1-4個(gè)串行數(shù)據(jù)通道，加上1個(gè)時(shí)鐘通道。每個(gè)信號(hào)是子LVDS差分信號(hào)，以 0.9V的共模電壓為中心。每個(gè)通道可以運(yùn)行在高達(dá)700Mbps下。

　　HiSPi與并行傳感器接口橋接的需求

　 多個(gè)傳感器接口給標(biāo)準(zhǔn)化下游視頻處理邏輯的制造商提出了一個(gè)問題，因?yàn)橛靡粋€(gè)ASSP支持許多不同的傳感器接口非常困難。

　　大多數(shù)ISP（圖像信號(hào)處理）器件支持傳統(tǒng)的CMOS并行傳感器接口，但通常缺乏對(duì)高速串行接口的支持。很多ISP并行接口的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳感器的并行接口。但是，由于傳感器已遷移到不同串行接口，ISP器件需要邏輯以轉(zhuǎn)換到并行接口。因此FPGA橋接器件需要將高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到并行格式。對(duì)于視頻信號(hào)處理ASSP的制造商（他們擁有支持更快的并行CMOS傳感器接口的現(xiàn)成產(chǎn)品），FPGA解決了連接至高速串行傳感器的問題。FPGA提供在高速傳感器和傳統(tǒng)圖像信號(hào)處理ASSP之間的簡單、具有成本效益的可編程橋接。這個(gè)概念如圖3所示。

圖3 高速圖像傳感器和ASSP之間的可編程橋接