基于CMOS传感器的以太网相机的研究与实现

    0 引 言

    目前大多数字相机的接口以USB、1394和Camera_Link形式居多，它们都存在传输距离较短的缺陷，其中传输距离最长的 Camera_Link 协议的有效传输距离也只有 10m[1]，而采用模拟视频信号方式传输的距离虽然可以较长，但很容易受外界信号的干扰，因而对传输线材和环境有较高的要求[2]，且模拟视频信号采集需要在计算机上安装视频采集卡来完成，因此也提高了硬件的成本。

    本文从实用角度出发，采用 CMOS 彩色图像传感器结合M-JPEG 编码芯片和 CPLD、SRAM 阵列以及单片机系统，设计并实现了一种具有 10 M 以太网接口的 CMOS 数字相机。在采用普通 5 类网线的情况下，本方案采用的 10BASE-T接口的有效传输距离可达100m[3]，并进行了车载环境下的实践应用。

    1 硬件系统

    硬件系统采用 CMOS 图像传感器 OV7910 采集视频，生成的标准 PAL 制式模拟视频信号输入视频解码芯片 BT819A进行 A/D 变换为标准的 CCIR601 格式的数据，然后使用 M-JPEG 压缩芯片 ZR36060 对采集到的图像数据进行 M-JPEG 压缩，压缩后的 JPEG 数据暂存在推挽式 SRAM 阵列中，最后由单片机W77E58 读出SRAM阵列中的数据并驱动 10M以太网芯片 RTL8019AS 将图像数据传递到上位计算机中，硬件系统数据流如图 1 所示。

    1.1 系统结构

    视频解码芯片 BT819A 对 CMOS 传感器 OV7910 采集到的视频信号进行A/D转换，输出符合CCIR601 标准的YUV422数字视频信号、行同步信号、场同步信号及奇偶场指示信号，这些信号输入到ZR36060 芯片，由ZR36060 对BT819A产生的数字视频信号进行压缩处理，压缩后的JPEG编码数据输出到SRAM 阵列中，阵列的读写地址以及切换逻辑由 CPLD(EPM7128)产生。当 ZR36060 压缩完一帧并存于 SRAM 后，通过/END 信号通知单片机。由单片机顺序读出 SRAM 阵列中的数据通过 RTL8019AS 网络芯片以 UDP 网络协议发送给上位计算机。

    系统结构图如图 2 所示。

    1.2 CMOS 传感器

    本系统选择美国 Omni Vision (OV) 公司的单芯片彩色CMOS 芯片 OV7910 作为图像传感器[4]，如图 3 所示。该芯片可以直接输出 PAL 制全电视信号，单 5V 直流供电，是一款性能优越的中分辨率摄像模块，其内置的 PAL 制式(50Hz)编码器以每秒 25 帧的速度输出含有 628×528 个像素的图像，实际最小灵敏度为 1.3Lux，该芯片支持以I2C方式对其内部寄存器进行配置。

    1.3 视频解码模块

    视频解码模块的功能是将 OV7910 输入的模拟复合全电视频信号进行色度解码及A/D变换，输出数字化的亮度、色度信号。本系统采用了美国 Rockwell 公司的 BT819A 芯片[5]，该芯片支持PAL 及NTSC制式的标准视频信号输入，水平、垂直采样率、输出格式等可通过 I2C 总线编程设置，将其输出通过I2C 设置为 CCIR601 PAL 隔行扫描格式，分辨率为 720× 576，YUV422 数据方式，将 BT819A 输出的视频亮度数据 Y [7.. 0]、色度数据 UV[7..0]、场同步信号 VSYN、行同步信号 HSYN、奇偶场信号FIELD均送往压缩编码芯片ZR36060，由ZR36060 对BT819A 输出的数字信号进行 M-JPEG 压缩处理，视频解码部分的电路连接以及时序如图 4 所示。