基于DVI接口的圖像總線控制系統

摘要：設計了一種基于DVI接口的高速圖像采集控制系統。該系統能夠穩定采集Camlink接口的高速CCD傳輸的數字信號，并能提供一路DVI接口高清顯示和一路PAL制式復合視頻。系統可與上位機通過CAN總線實現數據交互，并提供數字視頻信號給壓縮存儲單元和圖像處理單元。系統硬件結構簡單，工作穩定可靠，能夠廣泛應用于圖像處理領域。
關鍵詞：DVI；Camlink；圖像處理；PAL

引言
帶有DVI接口的顯示器和顯卡越來越普及，DVI(Digital Visual Interface)是1999年由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同組成的DDWG(Digital Display Working Group，數字顯示工作組)推出的接口標準。
和傳統的VGA信號相比，采用DVI信號的液晶顯示器不存在相位問題，不會引起像素抖動和相鄰像素間的干擾。另外，采用DVI信號后，顯示器不會造成幾何失真，大大提高了畫面的質量。而在圖像處理領域，從采集到壓縮、存儲、顯示，不斷提高的跟蹤測量參數對視頻信號提出了越來越高的速度要求。高幀頻CCD相機、大容量固態硬盤、高速DSP越來越多地應用于工程實踐中?？梢灶A見，高速視頻信號采集和高質量圖像疊加顯示在實踐中的有機結合，將會在圖像處理領域發揮越來越重要的作用。
本文設計了一種基于DVI接口的圖像總線控制系統，該系統將高速視頻信號采集后通過DVI接口進行視頻疊加處理，從而實現了采集信號的高清顯示。除此以外，也提供了高速數字信號的PAL模擬轉換功能和高速數字信號的壓縮、處理、存儲、傳輸功能，能夠滿足圖像處理領域的多種需求。

1 系統設計
系統由視頻數據接口、CAN總線通信模塊、PAL模塊等組成。硬件電路主要器件包括FPGA芯片系列EP3C120F780C7、DVI接口模塊、單片機C8051F500、視頻編碼器SAA7128等。系統結構框圖如圖1所示。

系統的控制模塊接收高速攝像機采集的數字視頻信號后進行圖像處理，可與上位機顯卡DVI輸入信號進行疊加后，通過DVI通道進行高清顯示。同時，系統提供了一路PAL電視通道，可將高速數字信號轉換為模擬PAL制式信號給TV監視器進行圖像監控。該系統還可以將視頻信號通過總線通道傳遞給壓縮存儲設備進行視頻壓縮存儲和圖像處理。系統能通過CAN總線與上位機進行數據通信，給上位機傳遞相關處理參數，并從上位機得到相關指令。

2 視頻數據接口
系統采用Camlink接口的CCD，基于Camlink接口的CCD傳輸速度快，分辨率高，色彩和灰度變化豐富。Camlink技術是美國國家半導體公司提出的一種新型數字相機接口技術，具有數據傳輸速度快、通信和控制功能強、接口方便等特點。該技術在高靈敏度、高分辨率的相機設計中得到廣泛應用。
系統為高速CCD采集的視頻信號提供全數字通道。高速CCD通過編解碼后將數字視頻信號傳遞給EP3C120F780C7，EP3C120F780C7將高速視頻信號傳遞給圖像處理單元進行圖像處理；也可將高速視頻信號傳遞給專用壓縮存儲單元進行視頻壓縮存儲，以供處理平臺進行事后處理。

3 DVI接口模塊
DVI是以Silicon Image公司的PanalLink接口技術為基礎，以TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號)電子協議作為基本電氣連接。TMDS是一種接口微分信號機制，可以將像素數據編碼，并通過串行連接傳遞。顯卡產生的數字信號由發送器按照TMDS協議編碼后，通過TMDS通道發送給接收器，經過解碼送給數字顯示設備。
系統設計的DVI接口模塊包括一個傳送器和一個接收器。傳送器是信號的來源，本系統采用的是TI公司的TFP410，它可以將數字信號轉換為DVI接口差分信號。而接收器則選用TI公司的TFP401，它可以接收DVI的差分信號，將其解碼并傳遞到數字顯示電路中。外部視頻流通過FPGA與TFP401編碼的DVI信號進行疊加，疊加后的數字信號通過TFP410解碼后送給DVI顯示器顯示。DVI接口模塊結構框圖如圖2所示。

DVI數字信號傳輸有單連接和雙連接兩種方式。采用單連接時，其傳輸速率可達4．9 Gbps，雙連接則可達9．9 Gbps。系統采用的是單連接方式。