現(xiàn)場(chǎng)圖像采集技術(shù)發(fā)展迅速，各種基于isa、pci等總線的圖像采集卡已經(jīng)相當(dāng)成熟，結(jié)合課題設(shè)計(jì)了一款usb外置式圖像采集卡。該圖像采集卡已成功應(yīng)用于一個(gè)圖像處理和識(shí)別的項(xiàng)目中，由于圖像信號(hào)不經(jīng)過(guò)壓縮處理，對(duì)后續(xù)處理沒(méi)有任何影響，因此圖像處理和識(shí)別的效果比一般的圖像采集卡要好，滿足了特殊場(chǎng)合的特殊需要。

    1 外置式無(wú)損圖像采集卡的系統(tǒng)構(gòu)成

    整個(gè)無(wú)損圖像采集卡由圖像采集、圖像信號(hào)的處理和控制、usb傳輸和控制、pc機(jī)端的圖像還原和存儲(chǔ)等幾部分組成。

    本文介紹的圖像采集卡采集的一幀圖像是720×576象素，如果取彩色圖像，每象素用2個(gè)字節(jié)表示，每幀圖像是720×576×16=6480kbps，分成奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)分別存儲(chǔ)在兩片sram中，則每片的sram存儲(chǔ)3240kbps的圖像數(shù)據(jù)，因此選用了256k×16=4m位的靜態(tài)存儲(chǔ)器（sram）。在圖像處理領(lǐng)域，通常只需要黑白圖像，可以只取圖像的黑白部分，每象素用1個(gè)字節(jié)表示，每幀圖像是720×576×8=3240kbps，每片sram存儲(chǔ)1620kbps的圖像數(shù)據(jù)。所采用的ez-usb芯片理論速率是12mbps，實(shí)際測(cè)得的速率是8mbps，因此圖像采集卡每秒傳輸約1幀彩色圖像或2幀黑白圖像。

    當(dāng)插上圖像采集卡后，pc機(jī)會(huì)自動(dòng)識(shí)別它。在pc機(jī)上，應(yīng)用程序通過(guò)usb向fpga/cpld發(fā)送圖像采集命令，ccd攝像頭輸出的pal制式或ntsc制式的模擬視頻信號(hào)通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，用fpga/cpld作為采樣控制器，將數(shù)字信號(hào)存入靜態(tài)存儲(chǔ)器（sram）中，當(dāng)完成一幀圖像采集后，fpga/cpld向usb發(fā)送中斷信號(hào)，要求usb進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的傳輸，在pc機(jī)端接收usb送來(lái)的一幀圖像數(shù)據(jù)，并且顯示、存儲(chǔ)圖像。文本具體講述了用該采集卡進(jìn)行黑白圖像的傳輸，整個(gè)硬件框圖如圖1所示。

    2 外置式無(wú)損圖像采集卡的研制

    2.1 圖像采集部分

    圖像采集部分選用了philips公司的視頻a/d轉(zhuǎn)換芯片saa7111a（evip），對(duì)saa7111a的初始化是通過(guò)ez-usb所提供的一對(duì)i2c引腳sda和scl進(jìn)行的，在usb固件程序（firmware）中進(jìn)行i2c通信程序的編寫。本系統(tǒng)中saa7111a的初始設(shè)定為：一路模擬視頻信號(hào)輸入、自動(dòng)增益控制、625行50hz pal制式、yuv 422 16bits數(shù)字視頻信號(hào)輸出、設(shè)置默認(rèn)的圖像對(duì)比度、亮度及飽和度。saa7111a芯片產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號(hào)、控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)送入控制芯片fpga/cpld中，即把場(chǎng)同步信號(hào)vref、行同步信號(hào)href、奇偶場(chǎng)標(biāo)志信號(hào)rts0、片選信號(hào)ce、垂直同步信號(hào)vs、象素時(shí)鐘信號(hào)llc2以及數(shù)字視頻信號(hào)vpo[15:8]等管腳連接到fpga/cpld芯片lc4128v，以便lc4128v獲知各種采集信息。同時(shí)，sram芯片的讀寫信號(hào)、片選信號(hào)、高低字節(jié)信號(hào)、數(shù)據(jù)線io[7:0]和地睛線a[17:0]連接到lc4128v，整個(gè)采集過(guò)程由fpga/cpld芯片lc4128v控制。

    在pc機(jī)端，通過(guò)usb發(fā)出圖像采集命令后，fpga/cpld進(jìn)行圖像采集，由于ccd攝像頭輸出模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)視頻a/d轉(zhuǎn)化睛，把模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字視頻信號(hào)，輸入進(jìn)fpga/cpld芯片，fpga/cpld根據(jù)狀態(tài)信號(hào)rts0把奇偶場(chǎng)圖像信號(hào)分別存儲(chǔ)在sram（odd）和sram（even）中。

    2.2 圖像信號(hào)的處理和控制

    這部分是無(wú)損圖像采集卡的核心，需要對(duì)外圍的器件進(jìn)行集中控制和處理。fpga/cpld對(duì)圖像信號(hào)的采集、控制、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到sram以及從sram讀取數(shù)據(jù)都在這里實(shí)現(xiàn)。選用了lattice公司的新一代產(chǎn)品ispmach4000v-lc4128v，采用verilog hdl作為硬件描述語(yǔ)言，但是所編寫的verilog源程序都適用于fpga器件，又適用于cpld器件。

    fpga/cpld與usb接口部分由七個(gè)部分構(gòu)成（如圖1所示）：start線是拍攝線，它可以向fpga/cpld發(fā)出圖像采集命令，fpga/cpld把當(dāng)前的奇數(shù)場(chǎng)圖像存儲(chǔ)在sram（odd）中，把當(dāng)前的偶數(shù)場(chǎng)圖像存儲(chǔ)在sram（even）中；當(dāng)一幀數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)完后，發(fā)出中斷（interrupt）信號(hào)通知usb芯片；同時(shí)用state線作為狀態(tài)線，當(dāng)state線為低電平時(shí)，表明usb可以從sram讀數(shù)據(jù)，當(dāng)state線為高電平時(shí)，表明fpga/cpld正在向sram寫數(shù)據(jù)；ramodd用來(lái)選擇從sram（odd）中讀取奇數(shù)場(chǎng)的數(shù)字視頻信號(hào)；rameven用于選擇從sram（even）中讀取偶數(shù)場(chǎng)的數(shù)字視頻信號(hào)；fpga/clpd輸出的數(shù)據(jù)線連接至usb和sram芯片，再通過(guò)usb傳送到pc機(jī)；frdclk線是usb快速讀寫方式輸出的讀選通信號(hào)，作為sram的時(shí)鐘，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，地址值就加1，然后將對(duì)應(yīng)地址單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)usb傳輸?shù)絧c機(jī)上。

    下面具體描述fpga/cpld內(nèi)部時(shí)序控制（如圖2所示）。首先需要產(chǎn)生fpga/cpld內(nèi)部