基于TMS320F2812的视频图像采集系统的设计

快速发展的汽车产业为车载电子产品提供了广阔的应用市场，如车载的"红外监视"、"倒车雷达"等视频监视设备，为驾驶员既带来了方便，也带来了安全。

这些监视设备离不开视频图像采集，而视频图像采集的关键环节就是视频信号的AD转换。传统的视频图像采集系统一般采用专门的图像采集芯片，如SAA7110视频解码芯片，自动完成图像的采集；缺点是电路复杂、成本高，不方便对其进行软件编程和升级，进而其采集图像的精度和速度也受到制约，对非标准视频信号适应性不好。

本设计采用DSP的片上ADC实现图像采集，不需要专业的视频解码芯片，虽然不能完成图像的自动采集，但是具有电路简单、成本低、易于维护和升级的特点。更重要的是可以对其进行软件编程，以适应不同标准视频信号的采集。用DSP和CPLD搭建数据采集系统时，不必外接专业的图像采集芯片，避免了复杂的硬件设计，同时提供了足够的处理能力。本设计采用TI公司的TMS320F2812芯片采集图像，并搭建TMS320C6416t处理图像，实现了基于DSP的视频图像采集。

视频图像采集的系统方案

视频图像采集包括视频预处理电路和A/D转换电路，其结构框图如图1所示。

首先对获取的图像信号进行同步信号分离，将分离出来的同步信号连接至CPLD。视频信号在经过电平钳位、幅度调整等预处理后，将其连接到F2812的ADC输入端。

F2812通过XINTF将其片上ADC的结果输出至CPLD，CPLD根据分离出的同步信号的时序关系将视频亮度信号通过HPI传输给图像处理器C6416t进行图像处理。其中，本文主要设计的是前端图像采集部分，用户可以根据自己的需要更换图像处理器，以满足不同的图像处理要求。

1 视频预处理

模拟视频信号中包含有视频亮度信号、视频色度信号、视频同步信号。视频信号的峰峰值为1V，并且其同步信号电平低于零电平。而F2812采用的ADC量程为0～3V，因此在视频转换之前，需要对其进行Y/C分离、同步分离、电平钳位、幅度放大等预处理。

①Y/C分离和电平钳位

本系统采用飞利浦公司的TDA9181和TDA9143芯片进行Y/C分离。TDA9181是多标准动态梳状滤波器，由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成，支持PAL B、G、H、D、I、M、N 及NTSC M标准的梳整，可以为其相关制式的视频信号进行Y/C分离。TDA9181还能对输入的信号进行电平钳位。

TDA9143是一种由I2C总线控制的PAL/NTSC/SECAM解码器，可以为TDA9181提供Y/C分离所需要的沙堡脉冲信号和色副载频信号。

图2 Y/C分离原理图

图3 AD8066视频缓冲器原理图

图4 同步分离

图5 LM1881分离原理图

TDA9181和TDA9143接口原理图如图2所示。

②视频缓冲器

由于视频信号的峰峰值为1V，而F2812的ADC量程为0～3V，所以为了更好的进行视频采样，需要对视频信号放大3倍。

系统采用的AD8066是高压、高速、低功耗和大电流的轨对轨输出的单路和双路运算放大器，其微分增益误差和微分相位误差分别为0.01% 和0.02%，7MHz带宽的增益均匀性为0.1dB，非常适合视频缓冲应用。

AD8066用作视频缓冲器的原理图如图3所示。

③同步分离

同步分离采用NS公司的LM1881芯片。LM1881能够从峰峰值为0.5～2V的PAL、NTSC和SECAM视频信号分离出各种同步信号，如图4所示 （a：复合视频信号，b：复合同步信号，c：场同步信号，d：奇偶场信号，e：突发/后肩信号）。此外，LM1881还可应用于非标准视频信号的同步分离，原理如图5所示。

2 视频A/D转换器

TMS320F2812为32位定点可编程处理器芯片，最高频率为150MHz，可以方便地与其他处理器连接，片上12位ADC最高采样带宽可达12.5MHz，拥有相当于16级的FIFO，使片上ADC能达到上限工作速率,实现每80ns采集1个数据。此外，TMS320F2812可以方便的进行软件编程，以适应不同标准的视频信号，故采用F2812用作AD转换。

采用级联、连续自动排序模式工作流程图如图6所示。

图6 AD转换工作流程图

3 视频图像处理

本系统设计了用CPLD外扩TMS320C6416t处理图像，用户可以根据自己的需要更换图像处理器，以达到需要的处理效果。

图像采集

1 采集流程

① 将摄像机输出的PAL/NTSC制式的模拟视频信号通过TDA9181和TDA9143进行Y/C分离和电平钳位后，一路给TMS320F2812变成数字信号，另一路给LM1881分离出同步信号。

② 将F2812采集后的图像数据通过其XINTF传输至CPLD；将LM1881分离出奇偶场信号和复合同步