串行器与摄像芯片应用

X9264 SerDes具有28位并行输入/输出，增加了HDCP功能。此外，MAX9265和MAX9268 28位SerDes带有摄像链路，代替并行输入/输出接口。所有28位Maxim串行器和解串器具有相同的并/串数据映射，可互换使用。例如，MAX9259串行器可配合MAX9268解串器使用，传输RGB数据(借助于FPGA)。数据从CMOS摄像头通过串行链路发送至摄像链路接口的显示器。

串行器映射

为匹配MAX9268解串器摄像链路的输出接口，并行RGB数据应按照以下信号图映射。图4所示为MAX9268并行位与其摄像链路输出之间的映射，图5所示为相机链路的RGB数据映射。表1所示为MAX9259串行器的对应内容映射。

图4. MAX9268内部并行至输出映射

图5. 摄像链路内容映射

色彩转换：YUV至RGB

FPGA芯片可将压缩(降低数据速率)后的摄像头数据YUV转换成RGB数据，用于MAX9259串行器。采用8位定点运算时，色彩空间转换的公式如下，式2和式3中，Dn和En的n为偶数。

Cn = Yn - 16

Dn = Dn + 1 = Un - 128

En = En + 1 = Vn + 1 - 128

Rn = clip((298 × Cn + 409 × En + 128) >> 8)

Gn = clip((298 × Cn - 100 × Dn - 208 × En + 128) >> 8)

Bn = clip((298 × Cn × 516 × Dn + 128) >> 8)

式中，>> 8表示"向右移8位"，clip表示"只取最低8位"。

FPGA方案

输入缓冲

输入缓冲电路包括计数器、三个寄存器和组合逻辑，将单字节时钟输入转换成三字节时钟输出，输出时钟速率为输入的一半。组合逻辑仅用于分别使能Y、U和V字节的对应寄存器。

图6. 输入缓冲电路

时钟开关

FPGA输出像素时钟速率为摄像头像素时钟的一半，用于驱动串行器像素时钟输入。但是，摄像头在初始化之前不会输出像素时钟。解决方案是在FPGA内部采用2:1时钟复用器(mux)和时钟信号检测器，mux由时钟信号检测器控制。上电时，mux的默认时钟来自摄像头的时钟振荡器，使SerDes芯片组提供启动摄像头的控制通道。时钟信号检测器对场同步信号脉冲进行计数，经过几个场同步脉冲后，mux切换到摄像头像素时钟速率的一半。采用高清摄像头传感器时，例如OV10630，每个场同步周期包含100k以上的像素时钟。几个场同步周期足以使摄像头的锁相环(PLL)达到稳定。场同步计数比像素时钟计数的效率高得多，并可节省FPGA逻辑单元的资源。

中间缓冲

格式转换表达式中没有体现硬件电路的延迟。为了从YUV输入生成RGB数据，需要两到三次乘法运算和三到四次加法运算。尽管FPGA逻辑电路(门电路) 的延时只有几个纳秒，但载波传输、加法器、移位乘法器都会导致不同程度的延时，使整体延时增大。为了使延迟最小化，每个常数乘法器均由两个移位输入(代表常数的2个非零最高有效位MSB)的加法器近似。输入的YUV字节速率大约为100MHz时，延迟会跨越相邻像素的定时边界，增大图像噪声。在每个乘法器之后通过中间寄存器来消除扩展延时。

以上提及的YUV至RGB彩色转换已用于Actel® ProASIC3 A3PN125Z FPGA，图7所示为实现这一FPGA的原理图。

图7. YUV至RGB转换器的FPGA实现