1、1基于 DSP芯片的数码相机设计摘要：本文介绍了一种基于DSP（DiginalSignalProcessor数字信号处理器）的数码相机设计的基本方案，该数码相机以TI公司的TMS320VC5509-144定点DSP为核心，采用CCD图像传感器以面阵方式采集图像数据，使用CPLD进行逻辑控制，配合高速SDRAM和大容量Flash，使用USB通信接口，采用JPEG压缩算法，实现了数码相机的基本功能。文中论述了数码相机的系统构建，就硬件系统的实现做出了探讨。关键词：数码相机 数字信号处理器1引言数码相机产品自问世以来，一直艰难的在图像质量和价格之间寻求平衡以满足消费者的需求。虽然数码相机与传统相机都
2、是基于光学原理实现成像的，但由于所使用的感光介质不同，数码相机更偏重于光电的转化，是光学、机械、电子一体化的高科技产品。DSP使数码相机系统更加灵活多变，使数码相机性能得以提升。2系统功能分析本设计需要实现的功能是，对要拍摄的物体进行图像采集，我们希望得到色彩性好的图像，以满足摄影要求。采集后的图像数据，首先要进行A/D转换，这样才能够进行数字信号处理。数字信号经过DSP芯片的运算和处理，对图像进行修正，处理后的数据有两种输出方式，一种是通过液晶驱动显示在液晶显示屏上，另外一种是通过USB接口，将采集到的图像储存到计算机上。因此功能基本实现步骤是：首先由CCD图像传感器采集数据，并进行光电转换
3、和A/D转换；然后由DSP对数据进行预处理和JPEG压缩；最后将压缩的图像数据显示在LCD上或者通过USB接口传输到计算机。CCD23 硬件模块设计（1）图像采集模块采用CCD，并加上通用视频A/D转换实现采集功能。CCD的总类较多，按滤光片的颜色分有原色CCD及补色CCD，原色CCD的色彩还原性好但灵敏度差，补色CCD的色彩还原性差但灵敏度好，一般数码相机使用原色CCD的较多。按电荷的转移方式分有全帧转移设计(FT)CCD、行间转移设计(IT)CCD、帧行转移设计(FIT)CCD。FTCCD器件面积较大价格较低：ITCCD面积最小、价格最低；FITCCD面积最大，价格最高，综合考虑，一般家用
4、普通数码相机均使用ITCCD。我们利用原色ITCCD采集图像信号，然后通过A/D转换，特到数字信号。（2）数据处理模块DSP主要就是对得到的数字影像信号进行一系列处理，如白平衡、亮度调整、色调整和修正、锐利化、白点、热燥点补正、噪声处理、压缩等 。我们从CMOS 传感器得到了对应于拍摄景物的电子图像，但是不能马上被送去计算机处理，DSP 对数据流进行JPEG 压缩处理。压缩的目的是减少图像的数据量，从而降低存储的储存量，或在一定的存储容量下存放更多的照片。DSP芯片是整个系统的核心元件，它不仅实现最重要的数据处理功能，还要承担数据接收和输出的控制，在电路设计中，要首先考虑合理的复位电路，外围接
5、口电路。（3）液晶显示模块液晶显示模块由YUV-RGB转换器，D/A转换器，OSD加法处理器，LCD屏驱动器，数据速率转换器等组成。LCD驱动器能够直接驱动LCD显示屏，这样就能显著地降低LCD屏周围的外部设备。此外，LCD处理器是一种通用性模块电路，只要适当调节点时钟，就能用到各种型号的LCD屏，因为它能把出入YUV信号的采CCD3集速率转换为点时钟。由此可知，LCD处理模块是一种独立电路，他与输入视频频率和LCD屏无关。因此只要适当调节软件，就能把LCD处理器用于其他各种电子产品。（4）USB传输模块USB应用采用通用连接技术，实现外设的简单快速连接，借以达到方便用户、降低成本、扩展PC机
6、连接外设范围的目的。目前市场上USB接口芯片很多，使用较为广泛的是Crypress公司的AN2131系列的USB接口芯片AN2131Q。在AN2131Q芯片和TMS320C5509DSP芯片之间采用FIFO(First In First Out SRAM)芯片连接，可以使USB接口芯片和DSP之间的最大数据交换速度超过USB总线的速度，使之不成为数据传输的瓶颈，从而使DSP和主机间的数据传输速度只受USB协议限制。4 软件设计有了当今最高的性能, 软件可编程性使得DSP成为数码相机设计的最有价值的选择。可同时进行数字信号处理和通用操作的软件灵活性, 给最终设备的设计和开发提供了很多便利。TMS
7、320C5509软件开发的一切过程都可在CCS集成环境下进行, 包括项目的建立、源代码的编辑以及程序的编译和调试。该CCS能对用户开发的源代码进行优化。目的是缩短代码长度并提高代码执行效率。其中,C优化器对C源代码进行优化, 所进行的优化包括针对C代码的一般优化。软件设计流程首先是通过I/O口读取CCD传感器的信号,由于A/D转换已经由硬件完成,DSP芯片读取的信号为数字量,处理起来也比较方便。DSP对数据进行修整处理，实际上相当于去除噪声信号。利用JPEG2000算法，再对数据进行压缩。压缩后的数据，利用串行通信协议传输到USB接口。而LCD显示驱动器，需要若干根I/O管脚获取数据。软件编程
8、的主要难点是信号的处理部分，因为图像是比较复杂的位图，颜色和光强都是无规律的自然景象，而读写操作和通信相对来说比较简单。调试过程可利用仿真软件进行。仿真程序利用开发系统将代码下载到DSP, 程序是在芯片上直接运行的。仿真软件只是把运行结果读出来显示。软件仿真无需目标板就可以开始软件编程, 但仿真速度较慢, 而且无法仿真某些外设的功能。硬件仿真的优点是仿真速度快, 仿真结果与实际结果一致。5 结束语德州仪器公司 (TI)利用其最新数字信号处理器(DSP)技术,已推出了新型可编程数码相机专用芯片，其功耗更低、速度更快。比如TMS320DSC21、TMS320DSC24 和TMS320DSC25 等
9、可编程DSP 解决方案。但是这些方案都比较昂贵，不适合做底层开发。采用普通DSP的最大优点就是极其灵活。因为DSC目前都没有标准，需要不断地修改、升级。采用DSP后修改和升级只需4要改动软件，硬件平台不必更改，即可不断地增加新的功能。本设计采用 TMS320VC5509-144芯片为系统核心，采用CCD传感器图像采集技术和JPEG2000算法，可以快速高效地对大容量的数据进行压缩存储。该系统提供了USB 接口，即可独立使用也可以方便的嵌入到多种应用场合。参考文献：1. 季昱，林俊超，余本喜.DSP嵌入式应用系统开发典型实例.北京：中国电力出版社.2005.2. 纪宗南.DSP实用技术和应用实例.北京：航天工业出版社.2006.3. 任建国.DSP开发技术实例与技巧.北京:国防工业出版社,2007.4. 李小红.基于DSP图像处理实验系统的开发与应用. 合肥学院学报 (自然科学版)2009年11月 第19卷第4期.5. 栾璟明, 雷志勇.基于DSP的图象采集与处理系统的设计.电子元器件应用.2008.1.第10卷第1期.
