嵌入式 DM365镜像信号前端ISP

DM365的一个特点是集成了 数字前端ISP(Image Signal Processor，影像信号处理) 。通常，数字摄像机一般包括一个CCD或CMOS传感器，后面还要一个前端视频处理，这部分被称作ISP。 在以往， ISP是通过专门的ASIC或者DSP来实现 。

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DM365的一个特点是集成了数字前端ISP(Image Signal Processor，影像信号处理)。通常，数字摄像机一般包括一个CCD或CMOS传感器，后面还要一个前端视频处理，这部分被称作ISP。         在以往，ISP是通过专门的ASIC或者DSP来实现。DM365上则集成了前端的ISP，可以完成 数字视频和影像处理，并可以直接连接CCD或CMOS传感器。集成了ISP的好处是可以完成很多工作，例如人脸的检测。对于一些高档的照相机，可以在拍摄 过程中，以人脸为聚焦点，来选择最佳拍摄时间，而在视频监控中，人脸识别则相当重要，可以帮助追踪检索。“DM365目前大概可以检测到20~30张面 孔，加上DSP就可以实现识别功能。这样就使监控的相机或DVR提高到一个更高的级别。”郑小龙说道。         ISP也提升了视频稳定性。在视频监控环境下，摄像机会受到各种干扰引起抖动或晃动，如果不加处理，将严重影响视频质量，同时又增加了视频压缩的工作量。通过ISP处理，则可以滤掉无关的信号，保证压缩率足够高。         DM365的另一个特点就是支持多通道、多速率。DM365支持1080p，传输速率可以达到10帧以上，可以作为一个多通道的DVR应用，而这样则相当于可以支持两个D1的H.264或者8个CIF的H.264，一颗DM365就可以实现8个通道的DVR。除此之外，DM365还具有3A功能，包括自动白平衡、自动对焦和自动曝光，以及边缘增强功能。“这种高度的集成，也带来系统成本的优化。集成了ISP可直接连接CCD和CMOS传感器，能节省1美金以上，加上高质量的透镜，相当于节省了2美金以上。外围接口方面，集成了以太网、带PHY的USB，16位的DDR2 、实时时钟、语音编码器、3个视频DA，所有这些将会降低系统成本约25%。” (1)CCD光电耦合器  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滤光片按绿蓝﹑红绿方式排序，补色CCD滤光片按洋红绿﹑青黄方式排序。基本 上，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。FT CCD器件面积较大，价格较低;IT CCD面积最小﹑价格最低;FIT CCD面积最大﹐价格最高﹐综合考虑﹐一般家用普通数码相机均使用IT CCD。 首先﹐根据相机的设计要求决定CCD使用多少的像素﹐再根据与镜头的搭配性确认其合适的尺寸﹐并仔细了解CCD的规格书﹐重点确认饱和输出及灵敏度的值(如图2 )﹐选用值大的产品。简单来说﹐CCD就是将光信号转化为电信号的器件(如图3)。  (2) IC AFE AFE模拟前端，TG时 序发生器，CDS关联双倍取样器，通常与CCD驱动、ADC等整合在一起，组成一个整体的从CCD电荷读出、取样、放大、模数转换处理单元IC AFE。基本上，只要选定了CCD，此处理单元AFE也随之确定。AFE就是将CCD输出的仿真电信号转化为数字信号的器件(如图4、图5)。  (3)DSP数字处理器  DSP主要就是对经过AFE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﹑γ修正﹑锐利化﹑白点﹑热燥点补正﹑噪声处理﹑压缩等﹐一般根据产品的设计规格﹑DSP厂商演示实际效果评价﹑成本分析等决定。(见图6、图7) 电路设计  上述关键元器件确定后﹐就可以根据厂商提供的规格书进行电路设计﹐本文以CCD使用Panasonic MN34542PAJ(12M像素)﹐AFE 使用Panasonic NN12083A﹐DSP 使用Novatek NT96433BG作做设计。  电路重点分析说明  (1) CCD使用-6V及+12V两组电源，其中+12V同时提供给CCD输出电流放大IC U3使用﹐CCD输出的信号质量直接影响图像质量﹐故对+12V电源噪声要求很高﹐需小于60mV(越小越好)。  (2) 在AFE电路中﹐CCD信号进入AFE前设计了一个由R210及C242组成的简单的RC滤波器﹐将高频噪声滤掉。AFE各部分使用的电源对噪声要求较高 ﹐故使用了三个LDO对电源进行净化﹐+1.8V同时提供TG及模拟部分﹐用L200作分隔。H1/H2/HL/RG均是对CCD电荷进行驱动转移及清除 用的﹐频率为40.5MHz﹐瞬间电流较大(达到60~80mA)，对EMI影响很大﹐增加FL200/FL201 LC滤波器作改善。  PCB设计  考虑到装配需求﹐通常CCD部分电路单独使用一块FPC﹐AFE/DSP及其他电路放在另一块PCB上，通过FPC输出连接。 (1) CCD FPC设计重点﹕一是CCD输出两旁及底部要完整包地﹐线宽要求8mils(1mils=0.0254mm)以上。二是H1/H2/HL/RG优先走线， 两旁及底部要完整包地﹐线宽要求6mils以上﹐并且尽量远离CCD输出信号(32mils以上)(见图8、图9)。 (2)AFE/DSP部 分﹐CCD输出﹑H1/H2/HL/RG要求同(1)﹐另外还需要注意﹕一是C237/238/239/241/243/244/246是提供基准电平用 的﹐必须与CCD输出隔直电容C240尽量靠近;二是AFE每组电源旁需放置至少一个0.1mF的旁置电容;三是40.5MHz晶振必须远离CCD输出信 号。  调试  样品组装出来后，必须经过复杂且繁琐的调试过程，其中调试的项目、内容、步骤很多，这里只介绍CCD输出(输入)信号取样点的调整﹐因为此对图像的质量至关重要。  (1)调整H1/RG﹐使CCD输出P与D部分宽度基本相等(如图10)。  (2)调整SHP﹐使其上升沿在CCD输出信号P段的相对平滑处﹐此为CCD输出信号取样比较(黑电平)的基准点(如图11、图12)。  (3)调整SHD，使其上升沿在CCD输出信号D段的幅度最大且相对平滑处，此为CCD输出信号亮度取样的基准点。  常见图像不良现象分析处理  (1)图片左边有一固定亮条。  原因﹕RG/HL驱动电流过大。  对策﹕调整RG/HL驱动电流至合适(无过冲)  (2)图片上方有一固定亮条。  原因﹕RGVDD/HVDD电流响应不够快。  对策﹕靠近AFE IC RGVDD/HVDD PIN增加0.01mF LOW ESR MLCC电容。   (3)图片中有一些固定的竖条纹。  原因﹕AFE TG时序与CCD垂直驱动要求时序不符。  对策﹕调整AFE TG时序与CCD垂直驱动要求时序一致。  (4)图片中有一些固定的横条纹。  原因﹕不同帧的曝光时间不同。  对策﹕调整DSP的相关设定﹐使曝光时间一致。  (5)图片中有不固定的斜条纹。  原因﹕AFE CDS/CCD/TG电源噪声大。  对策﹕调整AFE CDS/CCD/TG电源设计﹐尽量减小电源噪声。 (heanyu)