基于Video Port的Camera Link的圖像采集接口設計

摘要：通過視頻接口和Channel Link芯片實現了數字信號處理芯片TMS320DM642與Camera Link線掃描相機的無縫連接。解決了圖像數據輸出速度為40 MB／s的高速圖像數據采集系統中，前端采集與后端輸出的速度匹配問題。系統可實時、高速地采集大量的圖像數據。
關鍵詞：Camera Link；TMS320DM642；視頻接口；視頻采集

圖像采集的運用非常廣泛，經過幾十年的發展，采集技術有了很大程度的進步。目前的專業采集設備集成度更高，分辨率更大，傳輸速度更快，針對性更強。
本文以DALSA公司的Spyder2系列線掃描相機為圖像采集源，以TI公司的TMS320DM642多媒體處理器為核心，實現高速圖像的采集和處理任務。
Spyder2線掃描相機以其高速的采集速度和先進的Camera Link接口，已廣泛應用于工業生產線等領域。本方案集合了Camera Link和TMS3 20DM642的優點，縮短了設計周期，降低了難度，提高了設計的效率和設計質量。

1 總體概述
Camera Link是一種基于視頻應用發展而來的通信接口標準，Camera Link接口采用National Semiconductor公司的Channel Link技術，其最高速率可達2．38 Gbps。Camera Link相機和圖像采集設備之間采用LVDS信號傳輸，從而簡化了圖像采集設備和模擬攝像頭之間所必需的視頻編解碼等步驟，降低了生產成本和維護費用。
TMS320DM642作為多媒體處理器，內置3個專用的視頻數據接口(Video Port)。每一視頻接口有20位數據總線，可以在8位、10位、16位總線方式下進行視頻采集或視頻顯示。采集頻率最高可達80 MHz。
DALSA Spyder2相機采用單通道Channel Link輸出，每線輸出2048像素，每個像素8位。為了圖像處理的方便，采集接口將視頻數據重整為完整幀并緩存于SDRAM中。TMS320DM642的Video Port接口設置為8位的RAW Data采集模式。總體結構如圖1所示。DALSA Spyder2相機采集到的視頻信號通過Video Port0傳輸到SDRAM中緩存，DM642再通過EMIFA從SDRAM中讀取每幀圖像進行分析處理。

2 關鍵硬件設計
2．1 視頻解串電路
Camera Link標準中，相機的信號被分為3種：視頻數據信號、相機控制信號、串行通信信號。
視頻解碼部分采用National Semiconducor公司TSSOP-56封裝的DS90CR288A接收器來完成，它能夠將4路LVDS串行數據流轉換為2位并行TTL／CMOS數據，在傳輸時鐘CLK的每個周期，將28位并行數據輸出。
DS90CR288A解碼出的TTL／CMOS信號可以分成2類：圖像信號和圖像時鐘信號(WCLK)。其中圖像信號又由24位圖像數據信號和4位圖像同步信號組成，這些信號都符合Channel Link技術標準。
圖像同步信號包括：FVAL(Frame Valid)、LVAL(Line Valid)、DVAL(Data Valid)，分別為幀有效信號、行有效信號和數據有效信號。當FVAL、LVAL、DVAL同時有效(為高電平時)，表示相機正在輸出有效的圖像數據。Channel Link的圖像同步信號和時鐘信號的關系如圖2所示。