视频信号采集与图象传输技术的研究----基于 EPP 的视频信号采集系统的设计
本文概述：数字化技术的不断发展、成熟和完善，为发展新一代的数字视频采集、图象处理、分析识别系统提供了有利条件。本章针对这一情况提出了一种基于EPP的视频信 号采集系统的设计方案，它由高速A/D、D/A转换器及高速静态存储器组成。可通过CCD获取视频图象，并可进行存储和回放，该视频信号采集系统可独立工 作，还可通过EPP与PC机通信。本章介绍了此系统的具体的设计方案及各部分的电路原理图，并在此基础上进行了详细的说明，最后给出了实验结果。
2. 1系统的组成和硬件电路时序
本系统由视频预处理电路、视频同步分离电路、高速A/D转换电路、数据缓冲存储器、地址发生电路、时钟电路、控制电路及通讯接口组成。
系统的结构框图如图3-1所示，它采用CCD摄像头获取视频信号，经视频预处理电路后由A/D转换电路转换为数字信号，时钟脉冲电路产生A/D转换器的启动信号和数据存储器的地址，可根据需要把某一幅或某几幅视频图象存入高速静态存储器（SRAM）中，然后可根据需要把SRAM中的图象经增强型并口（EPP）或USB送入计算机中进行显示与处理；该系统也可脱机工作，把数字图象读出后送入D/A转换电路，转换为模拟信号，使其在CRT上直接显示出来。
在本系统中采集和回放时所需的高速时钟由时钟电路产生，视频信号采集系统和主机通讯时所需的时钟则由上位机的程序产生[19][20]。
2. 1. 1视频预处理电路
由于本系统所采用的CCD输出的视频信号的范围为0~1.5V，而A/D转换器AD9057的输入范围为2~3V，所以应把视频信号进行放大与处理，转换为A/D转换器能接受的信号范围，在这里我们采用了AD公司的专门用于视频转换的放大器AD8041，AD8041是具有低功耗电压反馈特性的高速放大器，应用在视频电子设备如摄像机或其他一些高速手持设备中是非常理想的，其框图如图3-2所示。它构成的视频预处理电路如图3-3所示，可知
为实现把范围是0~1.5V的Ui转换为AD9057所允许的2~3V，应把视频信号Ui放大（3-2）/（1.5-0）=1/1.5=2/3倍，然后再平移2V，所以Rf/R2=2/3且5Rf/R3=2,由上述计算和分析可取Rf=5kΩ，R2=7.5kΩ，R1=5kΩ，R`=15kΩ，取R3为20kΩ的电位器，在电路中进行调节。
2. 1. 2视频同步分离电路
在黑白视频信号中主要包括灰度信息、行同步及场同步信息，如图3-4所示，典型的黑白全电视信号具有1V的峰值，其上部70%代表图象灰度（1V白，0.3V黑），低于0.3V为同步信号。对于625线电视系统，一幅完整的图象由两场各312.5行交叠而成。每一帧图象前面有一长帧同步脉冲，这一信号的出现是一幅图象开始的标志[21]。
在视频信号采集过程中，主要记录灰度信息，但灰度信息的记录必须依据行同步信号和场同步信号进行地址分配，因此必须设计视频信号同步分离器对同步信号进行分离。在此系统的设计中，视频同步分离器采用的是LM1881，其外围电路简单，对视频信号分离极为准确。
LM1881视频同步分离器的性能如下：从标准的负同步NTSC，PAL和SECAM（振幅从0.5V到2V峰峰值）视频信号中分离出包含复合信号、垂直同步信号、色同步信号/反向入口时标与奇/偶校验信息，电路也能提供非标准的视频信号，用改变外接水平扫描率的设置电阻产生快水平扫描率的视频信号，在垂直同步周期的第一个锯齿上升边产生垂直输出。LM1881的引脚及连接电路如图3-5所示，时序图如图3-6.
图3-7和图3-8分别为采用TDS360型号示波器记录的同步分离器分离出的行同步信号和场同步信号，图7、图8中上部波形为PAL制式的视频信号，下部波形分别为行同步和场同步信号波形。
2. 1. 3高速A/D转换器
经处理后的图象信号要进行模数变换以实现数字化。这里模数变换必须采用快速A/D转换器。例如考虑PAL制，每帧为625行，每行时间64ìs，水平同步间隔为12.3ìs，则有效视频行时间为51.7ìs.现系统要求的图象点阵是628×582，
即要求水平空间分辨率是每行628个像素。于是每个像素采集时间即采样间隔为51.7/628=82.32ns，则采样速率为12.15MHz.这对于一般的A/D转换器是困难的，必须采用并行高速A/D转换器[22][23]。本系统中A/D转换器采用美国AD公司生产的单电源8位模数转器AD9057. AD9057是一个具有采样保持功能的8位模数转换器，它具有低功耗，低成本，体积小，使用简单等特点。有40MSPS，60MSPS，80MSPS三种采样速率，120MHZ的模拟输入带宽。它有极好的动态性能，是一种比较理想的装置。该系统中我们选用的是速率为40MSPS的A/D转换器。
它的内部框图如图3-9所示，它内含模拟信号换算电路、采样保持电路、A/D转换的基准电源（＋2.5V）、8位逐次逼近式ADC电路和控制电路，转换的结