串行器與攝像芯片應(yīng)用一

引言

Maxim串行器可連接并控制攝像頭IC，這類器件包括MAX9257(帶有半雙工UART/I2C控制通道)、MAX9259和MAX9263(兩款均帶有全雙工同步控制通道)。MAX9263還支持寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP)。本應(yīng)用筆記介紹如何將攝像頭的RGB或YUV輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)顯示器接受的RGB數(shù)據(jù)。

攝像頭輸出數(shù)據(jù)格式

攝像頭芯片，例如OmniVision? OV10630，可通過串行器連接。OV10630的接口引腳包括：像素時鐘、PCLK、行有效、HREF、幀同步、VSYNC和并行數(shù)據(jù)位D[9:0]。數(shù)據(jù)位在時鐘的上升沿保持穩(wěn)定。

YUV和原始RGB數(shù)據(jù)格式

CMOS攝像頭傳感器包括數(shù)百萬光敏單元，每個單元可響應(yīng)整個波長的光信號。利用濾光膜使特定傳感器僅響應(yīng)紅光、綠光或藍光信號。相鄰的光敏單元通常以拜耳結(jié)構(gòu)的濾色規(guī)律排列，綠色濾色片的數(shù)量是紅色或藍色濾色片數(shù)量的兩倍。這種方式用于模擬人眼的感光特性。從左至右、從上至下讀取傳感器單元輸出，原始的RGB數(shù)據(jù)序列為藍、綠...藍、綠 (首行末尾)，綠、紅...綠、紅(第二行末尾)，依次類推，如圖1所示。

圖1. 原始RGB數(shù)據(jù)排列

通過相鄰單元內(nèi)插生成與傳感器單元密度相同的RGB數(shù)據(jù)。另外，利用相鄰單元的顏色，按照特定的規(guī)則可以恢復(fù)圖像。構(gòu)成每個像素RGB數(shù)據(jù)組的規(guī)則之一是：使用同一行的相鄰單元，再加上下一行(或上一行)的綠色相鄰單元。內(nèi)插后的RGB數(shù)據(jù)序列為...、紅(i-1)、綠(i-1)、藍(i-1)、紅(i)、綠(i)、藍(i)、紅(i+1)、綠(i+1)、藍(i+1)、...如圖2所示。每個像素需要一組RGB數(shù)據(jù)，驅(qū)動彩色顯示器并保持?jǐn)z像頭傳感器的最高分辨率。內(nèi)插RGB數(shù)據(jù)的亮度分辨率接近于傳感器單元的分辨率，但色度分辨率較差。由于人眼對每個像素的灰度要比對像素的色彩分量更為敏感，所以感覺到的分辨率基本與傳感器單元分辨率相同。

圖2. RGB數(shù)據(jù)排列

然而，這種RGB數(shù)據(jù)的內(nèi)插算法使得數(shù)據(jù)速率增至三倍。為了降低數(shù)據(jù)速率，尤其是需要圖像傳輸?shù)膱龊希刹捎肶UV彩色空間(將模擬彩色電視信號壓縮到模擬黑白電視的頻帶)。在下式中，亮度以Y表示，藍色和亮度之間的色差以U表示，紅色和亮度之間的色差以V表示，

式中，典型的色彩加權(quán)為：WR= 0.299，WB= 0.114，WG= 1 - WR- WB= 0.587，歸一化值為UMAX，VMAX= 0.615。

對于采用拜耳濾色鏡的攝像頭傳感器，相鄰像素的U或V數(shù)據(jù)大致相同，取決于行索引i和像素索引j(如果采用的規(guī)則為相鄰顏色)。利用本指南，可根據(jù)下式利用RGB數(shù)據(jù)直接生成YUV數(shù)據(jù)。