基于ix27的视频采集系统设计

基于ix27的视频采集系统设计

0集处理系统的设计针对无人机图像实时采集要求，设计基于嵌入式视频采集和处理系统的视频采集和处理要求。采用飞思卡尔公司i.MX27控制芯片和TI公司的TVP5150A视频解码芯片,视频采集分辨率为D1(704×576),可满足无人机系统频压缩处理的要求。1多芯片接口设计视频采集系统主要完成机载摄像头视频信号的采集处理,硬件应根据采集分辨率和主控处理芯片的接口进行设计。根据无人机数字视频采集和编码压缩模块间数据接口、同步逻辑、时序信号等需要,完成相关处理和控制电路设计。视频采集系统框图如图1(a)所示。1.1视频解码模块TVP5150A是TI公司超低功耗数字视频解码器,可以实现PAL/NTSC/SECAM等视频解码。根据i.MX27视频数据接口需要,设计TVP5150为8-bitBT.656视频数据和行场同步信号,通过I1.2tvp5150a数据采集错误TVP5150A支持CVBS或Y/C模拟视频输入和8bitBT656等数字视频数据流输出,满足i.MX27接口需要。工作流程为:i.MX27通过I由于TVP5150A没有行场同步控制信号,需要解决采集图像中断再恢复时出现i.MX27BT.656数据计数器紊乱而导致图像分屏现象。为此,利用TVP5150A和i.MX27中断信号对图像采集控制。当外部图像输入中断或异常,TVP5150A行、场锁定(H/Vlock)信号检测寄存器中断位会触发中断,i.MX27检测到中断信号后对信号端口进行复位,可解决屏幕分屏的现象。2视频收集软件的设计2.1芯片状态值判断i.MX27通信通过I设计中需要注意:如果采集图像无彩色,可读出寄存器0x88bit3的状态值判断芯片情况,如果状态为0则说明芯片没有色彩子载波,可向bit3写1改变子载波状态。如果软件无法改变,表明TVP5150A硬件状态错误,可INTERQ管脚加10k下拉电阻解决彩色图像问题。3视频采集序列行和序列行的变换3.1偶tina视频构成由于TVP5150A采集PAL制视频是隔行扫描,每帧奇偶两场在时域上是分开,每场图像由四部分构成:有效视频数据,水平消隐,垂直消隐以及控制字。i.MX27PPI接口可以实现i.MX27与TVP5150A解码器的无缝连接。3.2视频相关算法合并TVP5150A采集D1分辨率的奇偶场隔行扫描每场分辨率为704×288,而i.MX27视频接口是704×576的逐行图像。如果直接将YUV通过i.MX27送往显示设备,会出现上下两幅图像。为此,采用隔行变逐行算法进行处理。目前,有三种方法解决:(1)场合并算法,静态图片处理效果较好,动态会有锯齿现象;(2)上采样算法,会损失分辨率,图像看起来会有斑驳的马赛克,镜头移动时会出现很细的水平线“抖动”;(3)运动补偿算法,效果最好,但CPU占用较大,达不到实时要求。本文采用DMA场合并算法。i.MX27采集RBT.656视频数据为4:2:2YUV格式,必须按顺序对奇偶场的各分量数据合并处理,这里只分析Y分量。过程如下:首先将上下两幅图像的上幅图像704×288(分辨率为宽×高/2)的Y分量数据存储在内存空间中,并建立两个指针变量:上幅图像第二行数据起点指针,下幅图像的第二行数据起点指针。利用指针变量可将内存中的奇场图像数据重新重新排列在整帧图像的奇数行,而下幅偶场图像数据放在逐行图像的偶数行。这样,上下两幅图像的Y分量就合并为一幅逐行图像的Y分量数据。程序流程如图2所示,隔行变逐行视频处理效果如图3所示。3.3合成帧数的计算为加快系统处理速度,实际采用16位二维DMA进行数据处理,且传输完一场视频数据后产生中断。dma_x_count=704字节,dma_x_modify=2。在每场传输中,当DMA传输完一行数据后,预留下一行存储空间,将数据存放到第三行地址。在一场数据传输完后,下一场的数据就填充上一场预留的存储空间,即隔行存储,两场数据就合成一帧数了。所以,dma_y_modify=1410字节。同样,两场数据存放的起始地址的设置间隔为1410字节。3.4dma初始化根据系统处理需要,设计采集DMA处理函数。具体如下:函数intmxc_capture_dma_alloc(u32*paddress,u32*vaddress,inttype)完成视频编码或者V4L2采集空间的DMA创建。如果内存用于编码,则按照编码索引从开始到结束逐帧DMA传输,完成DMA地址指针赋值后将帧标记为“USED”;如果内存用于VF,则按照编码索引从开始到结束进行逐帧DMA传输,完成DMA地址指针赋值后将帧标记为“USED”。函数staticintreseverd_dma_init()为TVP5150A采集数据的DMA初始化,类型为mxc_v4l_dma_frames。如果DMA已经被设置了,其帧标志为“FREE”。在系统内存空间足够条件下,才能建立和使用DMA方式,根据内存用于编码和VF数据使用方式不同,采取不同初始化处理。函数staticintreseverd_dma_deinit()释放DMA内存,将第i帧的mxc_v4l_dma_frames结构体的paddress和vaddress全部复位为0,并且将mxc_v4l_dma_frames帧标记为“FREE”。3.5采集数据的dma初始化处理摄像头初始化时设计DMA处理和常规处理两种方式,根据系统需要采用:DMA处理首先判断是否建立内存处理空间,如建立,则直接调用采集数据DMA初始化处理算法;没有,则常规数据采集处理。在系统出现初始化错误时,则释放DMA处理函数,减少内存的无效占用。3.6i帧起点不能同步现象视频采集DMA处理时,出现采集数据DMA起点和CSI帧起点不能同步现象。为此,程序设定最大重捕获门限,如果采集过程出现不同步,则重新捕获另一帧,如果出现多次捕获超过捕获门限,则跳出系统DMA处理方式。3.7系统处理能力在进行DMA处理时,由于设计时按照采集一幅完整图像数据量的大小开辟空间,系统内存空间占用量太大,反而会影响系统处理能力。为此,采用链式多次采集处理方式来完成一幅完整图像的采集,可在较小内存空间完成一幅完整图像处理,系统处理能力和占用内存空间两者得到兼顾。在完成了数据的DMA采集后,设计了相应的DMA数据读出处理函数,完成从连续的物理内存空间