基于DM6437的数字摄像机

摘要：为了适应现代采集系统的小型化以及数字化需要，设计了一种基于达芬奇技术DSP芯片的数字图像采集系统。这种设计方法不需要外接编解码芯片，直接连接数字摄像头，减少了D／A转换带来的图像干扰，同时利用了迭芬奇系列DSP上集成的视频处理子系统组件(VPSS)，其中的视频处理前端(VPFE)以硬件方式对数字视频图像进行视频采集、CFA插值、色彩空问变换等图像预处理操作，简化了软件设计。结果显示，该系统采集到的视频图像清晰、稳定、色彩均衡，满足普通摄像机对视频图像的要求。
关键词：数字摄像机；视频采集；DM6437；VPFE

随着社会的发展变化，视频监控已应用于交通、金融、电力、家庭、公安消防等领域，视频监控的技术和手段也在不断地发展和提高。摄像机的关键器件为图像传感器。目前，图像传感器主要分为为CCD和CMOS两种类型，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势。用于视频监控系统中的视频图像处理芯片主要DSP，DSP芯片强大的数据计算能力可以完成很多复杂的算法。TI也针对图像处理方面发布了达芬奇系列的DSP芯片，芯片上面集成了一个视频处理子系统专用于视频采集和显示，极大的方便了用户进行视频采集和视频显示。

1 摄像机工作原理以及关键技术说明
数字摄像机是指把图像传感器采集到的数字图像信号直接传送给后端的图像处理芯片进行处理，不进行传统模拟摄像机的数字图像信号的数／模、模／数转换过程，这样就避免图像信号数／模转换过程带来的噪声影响。图像传感器送出的Bayer格式数字图像信号将被直接被后端的图像处理芯片采集，然后对采集到的视频信号进行CFA插值、色彩空间转换等操作。最后生成YUV格式的视频图像，生成的YUV格式视频图像可以存储起来或者通过网口发送到网络上。
Bayer格式：CMOS图像传感器光敏区域内的每一个像素感应一种颜色，其中R感应红光，G代表绿光，B感应蓝光。奇行扫描输出为R、G、R、G…，偶行扫描输出为G、B、G、B…。其格式如图1所示。

CFA插值：Bayer格式图像信号每像素只代表一种颜色，而像素颜色需要3原色来进行表示，需要对Bayer格式的图像信号进行插值，输出的图像使用临近像素中相同颜色成分做线性平均计算来补偿每个像素丢失的颜色。最终，每像素用R、G、B 3种颜色来表示也就是所谓RGB格式图像。
色彩空间转换：在图形图像的处理过程中，RGB的效率不是很高，因为在产生任何一种颜色时，R、G、B 3者需要同样的带宽，修改像素的亮度和色度的时候需要3者全部修改。而YUV色彩空间描述了亮度和色度的概念，Y指亮度，U指色调，V指饱和度。色彩空间的转换关系如图2所示。