图像采样模块设计
王 琳1，高佳宏1，林晓凡1，李 平1，谢东升2
(1．西安工业大学 陕西西安 710048；2．西安理工大学 陕西西安 710046)

监控系统广泛的应用在小区及楼宇安全、银行、道路监控、公共交通、监狱、电力设备监护等各个领域。随着电子技术和通信技术的发展，采用GPRS通信技术和CMOS图像传感器结合的远程无线监控系统具有成本低、施工方便、图像容易存储和处理等优势。

1 系统结构

系统如图1所示。

监控中心服务器和监控终端通过以太网和电话公网联接。通过电话公网进行语音通信，通过短消息进行信息交互(包含GPS定位和时间信息)，通过TCP／IP协议传送图像数据。本文重点讨论监控终端实现图像采样的设计。系统图像采样选用意法半导体公司的VS6624，处理器选用Atmel的AT91RM9200。VS6624CMOS图像传感器具有低成本、低功耗、简单的数字接口、运行简易、高速率、体积小以及通过片上信号处理电路可以实现智能处理功能等特点而得到广泛应用各种图像采样应用中。
2 硬件设计

硬件如图2所示。U3(IS63LV1024)为1Mb SRAM用来做数据缓存，U2(ispMAC H4128V)为CPLD用来数据总线隔离和数据缓存调度。VS6624如图1所示，使用I2C接口和处理器(AT91RM9200)进行控制通讯。CLK为外部时钟，通常选择12 MHz。CE为片选使能，高电平有效。FSO为闪光灯输出。VSYNC为水平同步输出，HSYNC为垂直同步输出。PCLK为VS6624输出的并行数据线同步时钟，D0～D7为8位并行数据线，其时序如图3所示。VS6624电源分模拟和数字两部分，范围为2．4 V～3．0 V。本设计选用2．8 V。当VS6624输出图像数据帧时U2(ispMACH4128V)根据PCLK，VSYNC，HSYNC信号接收VS6624并行数据D0～D7的数据并将其压人数据缓冲RAM U3中。同时通过IRQl向处理器发送中断信号。AT91RM9200响应中断后使用NCS4地址段通过U2读取U3中数据。PDO指示U3中数据状态，U3中数据为空PDO为低电平，非空为高电平。

3 VS6624 COMS图像采样模块特点及工作原理

VS6624是意法半导体推出的130万象素CMOS图像采样子系统，内部封装集成了CMOS传感器和数字图像处理器及模拟系统功能。对于图像采样来讲具有成本效益、一体化和设计灵活性等特点。VS6624内部结构如图4所示，模块由时钟发生器、图像传感器、I2C接口和内嵌处理器等组成。模块具备以下特点。

(1)1028 H×1024 V象素、象素尺寸3．0μm，1／3寸光学格式；

(2)RGB Bayer色彩滤波器阵列；

(3)集成了10位ADC和数字信号处理功能包括缺陷修正、镜头遮挡修正，图像缩放、去马赛克(或彩色插值)、清晰度增强、灰度修正和色彩空间转换；

(4)嵌入的处理器用来自动暴光控制、自动白平衡控制、暗电平补偿、50／60 Hz闪烁消除和支持闪光灯操纵器；

(5)完全可编程帧速率和输出降额功能；

(6)15 fps SXGA逐行扫描、30 fps VGA逐行扫描；

(7)ITU-R BT．656-4 YUV(YCbCr)4∶2∶2嵌入同步，YUV(YCbCr)4∶0∶0，RGB 565，RGB 444，Ba-yer10位或Bayer 8位输出格式；

(8)8位并行视频接口，垂直和水平板同步；

(9)时钟最大54 MHz，片内PLL，6．5．～54 MHz时钟输人；

(10)模拟电源2．4～3．0 V，集成带功率开关的功率管理。

3．1 操作模式

VS6624可工作在多个操作模式如图5所示，用户模式时当CE＝0切换到待机模式、当电源关闭时直接进入电源关闭状态。电源关闭时当打开电源且CE＝0时进入待机模式。待机模式时当CE＝1进入用户模式。用户模式之间的转换依靠I2C中的命令。图5中的虚线代表自动转换。

3．2 图像采样及图像输出格式

VS6624可以输出YUV4∶2∶2，YUV4∶0∶0，RGB565，RGB444等多种输出格式。
通过修改寄存器blmageFormat0(0x03b0)来选择输出格式。本设计选择RGB565输出格式，给该寄存器付值0×04。RGB565格式如图6所示每个象素占用两个字节，其中红色5b绿色6b蓝色5b。

VS6624数据输出为并行接口，输出每帧数据同步的方法有两种。信号同步和嵌入同步代码同步。信号同步采用帧同步信号VSYNC和行同步信号HSYNC，信号时序如图7，8所示。行同步信号HSYNC可通过寄存器bHSyncSetup(0 ×2586)来设置使能、极性等方式。帧同步信号VSYNC通过设置寄存器bVSyncSetup(0x2588)来设置使能、极性等方式。

如图9所示为同步代码帧结构。同步代码分奇、偶帧，代码内容如表所示。VS6624缺省为所有输出帧结构为奇，使用输出帧控制寄存器组中的SyncCodeSetup(0 x2584)寄存器可以设置所有输出为偶或奇偶交替(见表1，表2)。

VS6624的传感器可工作在SensorMode_SXGA(15fps)，SensorMode_VGA_analogue(30fps)和Sensor-Mode_VGA_subsampled(30fps)模式，通过寄存器Sensor-Mode(0×0308)来选择工作模式。映像的输出大小由传感器工作模式和剪贴模式来决定。剪贴模式可以由用户自己定义输出窗口。窗口不能超出SXGA范围，大小由uwManualCropHorizontalStart，uwManualCropVerticalStaruwManualCropVerticalSize和uwManualCrop HorizontalSize寄存器的值决定。使用UWDesiredFrameRate_Num和uwDesiredFrameRate_Den寄存器可以控制帧输出速率。
3．3 处理器接口

VS6624提供的处理器接口为标准的I2C接口，其读写数据格式如图10，11所示。其中S为起始位、P为停止位、A为应答。需要强调的是DEV ADDR为固定的设备地 0×20，index Bytes为寄存器地址。寄存器地址范围为0～65535。

4 软件设计
为了保证在图像采样过程中数据及时读取数据，当有图像数据采用外部中断的方式来读取数据。直到PDO为低电平或累计数据读取超过2621440 B处理器停止读取数据。程序流程如图12，13所示。

5 结 语
通过远程无线监控系统中图像采样模块设计实践，为监控系统提供了一种低成本、高性能的图像采样方法。同时全数字的设计为图像分析、存储、传送提供了更多的可选择方法。具有较高的市场和应用前景。

来源：中电网--《现代电子技术》