高速RS422总线数字视频采集系统

    1 引言

    CCD摄像机作为最常用的光电图像传感器,已被广泛应用在卫星拍照、航空航天成像、陆地资源拍摄、海洋测量、巡航导弹的电视图像制导系统等一系列高科技领域。但传统的CCD摄像机只能对标准的PAL、NTSC制式的模拟视频信号进行传输和显示,其性能指标如分辨率、信噪比、灵敏度、动态范围、抗电磁干扰能力和传输可靠性等,受到模拟信号处理器的限制难以再提高。随着技术的发展和应用的需求,国际上已将高速数字视频CCD摄像机作为一大类新型的摄像系统,用于各种领域的高性能成像过程。数字化摄像机由于在系统内部完成信号的数字化,并通过高速的RS422、RS644、Camera Link等数字视频接口[1]进行数字传输,因此,在扫描模式、图像的空间和时间分辨率、信噪比、灵敏度、动态范围、抗干扰性等方面都得以很大提高。另外,国外高性能热成像系统和微光电视系统也逐渐采用数字视频模式,因此,从应用平台的使用角度来看,不仅需要联机的数字视频采集系统,而且也需要脱机的数字视频采集系统,所以需要研究数字视频采集技术。

    为此,我们研制了一种基于PCI总线并符合RS422接口规范的高速数字图像采集系统,它可作为实时数字成像设备系统的一部分,用于高速数字视频图像数据的采集和存取。本文主要介绍采集系统的设计原理。

    2 系统结构框图

    数字视频采集系统主要针对RS422数字视频接口的摄像机,故专门设计了一块RS422的采集子卡。主要技术指标:标准RS422差分信号,采样率为40MB/s,字长是10bit。系统设计以PCI总线控制器为基础,将每路信号字长为10bit的数据映射成为8bit数据,4个8bit数据合成一路32bit数据,然后通过DMA方式,将32bit数据分别传入系统内存的不同区域,以便后续数据处理。主要功能模块有:PCI总线控制器、双口SRAM、采集控制芯片CPLD、RS422接口卡部分(系统框图如图1)。

    3 采集卡的硬件实现

    (1) RS422接口子卡的设计

    由于采用的数字CCD摄像机TM1040使用的是RS422总线电缆接口,其在使用的RS422接口对于特定的传输线,从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。这里使用的是24AWG铜芯双绞电话电缆(线径为0.51mm),线间旁路电容为52.5pF/M,终端负载电阻为1008。在设计RS422接口子卡中,接收端采用了国家半导体公司的DS90C32TM芯片,主要是因为其兼容电平广,转化速度快,最大的转化速率为155.5MB/s。

    (2) RS422接口到双口RAM的设计