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01 物联网系统中为什么要使用摄像头模组 物联网系统中使用摄像头模组的原因主要基于摄像头模组在数据采集、监控、智能分析以及增强用户体验等方面的关键作用。以下是详细的原因分析： 数据采集与实时监控 视觉信息获取： 摄像头模组能够实时捕捉并传输视觉信息，这是物联网系统中不可或缺的数据来源。通过摄像头，系统可以获取到环境、设备状态、人员活动等关键信息。 远程监控： 在物联网应用中，摄像头模组常被用于远程监控场景，如智能家居、智能安防、智慧城市等。用户可以通过手机、电脑等终端设备远程查看监控画面，实现实时监控和管理。 智能分析与决策支持 图像识别与分析：结合人工智能和机器学习技术，摄像头模组可以对采集到的图像进行智能识别和分析。例如，在智能安防领域，摄像头可以识别出入侵者、异常行为等，并触发报警机制；在智能交通领域，摄像头可以识别车牌、交通流量等，为交通管理提供数据支持。 决策支持：通过摄像头模组获取的数据和分析结果，物联网系统可以做出更加智能的决策。例如，在智能农业中，摄像头可以监测作物生长情况，为灌溉、施肥等提供精准指导；在智能工厂中，摄像头可以监测生产线状态，及时发现并解决问题。 用户体验提升 可视化交互：摄像头模组使得物联网系统能够提供更加直观、可视化的交互方式。用户可以通过摄像头实时查看设备状态、环境变化等，增强对系统的感知和信任。 个性化服务：结合用户的行为习惯和偏好，摄像头模组可以为用户提供更加个性化的服务。例如，在智能家居中，摄像头可以根据用户的活动轨迹自动调整灯光、温度等环境参数；在智能零售中，摄像头可以分析顾客行为，为商家提供精准的营销策略。 安全性与隐私保护 安全监控：摄像头模组在物联网系统中扮演着重要的安全监控角色。通过实时监控和智能分析，摄像头可以及时发现并防范潜在的安全威胁，如入侵、盗窃等。 隐私保护：随着物联网技术的普及，隐私保护问题也日益受到关注。摄像头模组在采集和传输数据时需要严格遵守隐私保护原则，确保用户数据的安全和隐私。 具体应用场景 家庭安全监控： 在家庭环境中，摄像头模组可以安装在室内或室外，实现全天候、无死角的安全监控。用户可以通过手机APP等终端随时随地查看家中情况，及时发现并处理安全隐患，如入侵者、火灾等。 部分高端模组还具备人脸识别、行为分析等功能，能够进一步提升家庭安全水平。 商业环境监控： 在商场、超市、酒店等商业场所，摄像头模组可用于人流统计、行为分析等方面。通过实时监测和分析顾客行为，商家可以了解顾客需求、优化商品布局、提升顾客服务体验。 同时，模组还能及时发现并处理异常情况，如盗窃、斗殴等，保障商业环境的安全稳定。 公共安全监控： 在城市交通、社区、景区等公共场所，摄像头模组发挥着至关重要的作用。它们不仅能够进行实时监控，还能通过视频分析预测潜在风险，提供预警服务，有效预防犯罪和安全事故的发生。 在紧急情况下，模组还能为救援人员提供重要的现场信息和指导。 工业制造监控： 在生产线、仓库、工厂等工业制造领域，摄像头模组可用于物料追踪、产品质量检测等方面。通过实时监测生产线上的物料流动和产品质量信息，企业可以及时发现并解决问题，提高生产效率和产品质量。 同时，模组还能为安全生产提供有力保障，防止事故的发生。 农业监控： 在农业领域，摄像头模组可用于农田、温室等场所的远程监控。通过实时监测植物生长状况、土壤湿度、环境温度等信息，农民可以更加精准地进行田间管理，提高农作物的产量和品质。 同时，模组还能及时发现并处理病虫害等问题，减少农药和化肥的使用量，实现绿色农业的发展目标。 智能交通系统： 在智能交通系统中，摄像头模组可以用于交通流量监控、违章行为识别等，提高交通管理效率和安全性。 智能机器人与无人机： 摄像头模组可以作为智能机器人和无人机的视觉导航系统，通过捕捉环境信息实现自主导航和避障功能。 医疗与教育： 在医疗领域，摄像头模组可以结合人工智能算法进行远程诊断和病情分析，提高医疗服务的效率和准确性。 在教育领域，摄像头模组可以实现远程教学和互动学习，为师生提供更为便捷和高效的教学方式。 综上所述， 物联网系统中使用摄像头模组的原因主要包括数据采集与实时监控、智能分析与决策支持、用户体验提升以及安全性与隐私保护等方面。这些优势使得摄像头模组在物联网领域得到了广泛的应用和认可。 本文会再为大家详解传感外设家族中的一员——摄像头模组。 02 摄像头模组的定义 摄像头模组，全称CameraCompact Module，简写为CCM。CCM 包含四大件： 镜头(lens)、传感器（sensor）、软板（FPC）、图像处理芯片（DSP）。决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）、图像处理芯片 （DSP）、传感器（sensor）。CCM的关键技术为：光学设计技术、非球面镜制作技术、光学镀膜技术。决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）、图像处理芯片 （DSP）、传感器（sensor）。 03 摄像头模组的原理 景物(SCE)通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器(Sensor)表面上然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号再送到数字信号处理芯片（DSP）中加工处理，转换成标准的RGB、YUV等格式图像信号再通过I/O接口传输到CPU中处理，通过display就可以看到图像了 04 摄像头模组的硬件组成 4.1 Lens（镜头） Lens是一个能够接收光信号并汇聚光信号于感光器件CMOS/CCD的装置。Lens决定sensor的采光率，其整体效果相对于一个凸透镜。 一般camera的镜头结构是由几片透镜组成，分有塑胶透镜（PLASTIC)和玻璃透镜(GLASS)，通常CAMERA用的镜头结构有：1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G,8P等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶透镜贵，但是玻璃透镜的成像效果比塑胶透镜的成像效果要好。目前市场上针对mobile phone配置的camera以1G3P（1片玻璃透镜和3片塑胶透镜组成）为主，目的是降低成本。 4.1.1 Lens主要指标 A、消除尽可能多Flare B、画质清晰度 C、CRA(Chief Ray Angle主光线角度)要match，减少shading(Lens cra < Sensor CRA, 相差最好在2度以内) D、光圈尽可能的大 E、Distortion 尽可能的轻微等 4.1.2 Lens主要参数 （1）焦距：镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的透视强弱。一般来说对于单片镜头就是镜头中心到焦点的距离，而相机镜头是由多片透镜组合，就要复杂许多。这里焦距就指的是从镜头的中心点到感光元器件（CCD）上所形成的清晰影像之间的距离。 （2）视场角：我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距f越大，视场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距f越小，视场角越大，在感光元件上形成的画面范围越大。 （3）F值（口径比）：F 值即指镜头之明亮度(即镜头的透光量)。F=镜头焦距/光圈直径。F值相同,长焦距镜头的口径要比短焦距镜头口径大。 （4）光圈：光圈是位于镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔，可用来控制通过镜头的光线的多少。可变光圈(Iris diaphragm)。镜头内部用来控制阑孔大小的机械装置。或指用来打开或关闭镜头阑孔，从而调节镜头的f-stop的 装置。 （5）景深：当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都相当于是清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深 4.2 VCM（Voice Coil Motor）音圈马达 全称Voice Coil Montor，电子学里面的音圈电机，是马达的一种。因为原理和扬声器类似，所以叫音圈电机，具有高频响、高精度的特点。其主要原理是在一个永久磁场内，通过改变马达内线圈的直流电流大小，来控制弹簧片的拉伸位置，从而带动上下运动。手机摄像头广泛的使用VCM实现自动对焦功能，通过VCM可以调节镜头的位置，呈现清晰的图像。 音圈电机用于微摄像头调焦/音圈电机用于微摄像头调焦/音圈电机用于调焦 4.2.1 VCM性能指标 VCM的性能主要是看电流和行程距离的比值。从启动电流开始，电流上升要和所能驱动的行程距离成比例，所需要上升电流越小，精度越高，同时还看最大耗电量，最大功率，尺寸大小。 4.2.2 VCM分类 从结构上大致可分三类： （1）弹片式结构 ；（2）滚珠式结构； （3）摩擦式结构。 从功能上大致分为五类： （1）Open loop开马达; （2）Close loop闭环马达 ；（3）Alternate中置马达 ；（4）OIS光学防抖马达（分平移式、移轴式、记忆金属式等）；（5） OIS+Close loop六轴马达 。 4.2.3 AF原理 进入自动调焦模式后，Driver从0到最大值，使得镜头从原地移动到最大位移处，此时sensor成像面自动拍摄图片保存到DSP内，DSP通过这些图片，计算每一副图片的MTF（Modulation transfer function）值，从而在这条MTF曲线中找到最大值，并通过算法，得到这个点对应的电流大小，再一次指示Driver提供给音圈这个电流，而使镜头稳定在这个成像面，使得达到自动变焦。 4.2.4 变焦和对焦 A:实现光学变焦采用变焦马达（ZOOM） 通过移动镜头内部的镜片来改变焦点的位置，改变镜头焦距的长短，并改变镜头的视角大小，从而实现影响的放大与缩小。 B:实现自动对焦采用对焦马达（AF） 过微距离移动整个镜头(而不是镜头内的镜片)的位置,控制镜头焦距的长短,而实现影像 的清晰.手机中常用的方法。 光学对焦和光学变焦是不同的概念: 光学变焦是通过移动镜头内部镜片的相对位置来改变焦点的位置，改变镜头焦距的长短，并改变镜头的视角大小，从而实现影像的放大与缩小； 光学对焦是实际上是调整整个镜头的位置(而不是镜头内的镜片)的位置,控制镜头焦距的长短,而实现影像的清 晰.手机中常用的方法。目前VCM是使用最广泛的对焦方式. DW9763 马达驱动移植 马达驱动一般比较简单，只需要按照时序控制，设置位置的寄存器即可控制马达移动，这里以RK3588安卓12平台，移植DW9763马达驱动为例，内核版本为kernel-5.10。 ①从马达规格书获取控制时序图和控制模式 datesheet一般都有描述马达所支持的控制模式和控制时序，如DW9763就支持，Direct mode和SAC mode，SAC mode分为SAC1，SAC2，SAC2.5，SAC3，SAC4，具体的模式选择有寄存器可以配置： 控制时序一般如下： A. 设置Ringing control寄存器：这个寄存器设置是direct mode还是ringingmode B. 设置具体的SAC mode和DIV C. 设置Tvib D. 向寄存器设置DAC ②驱动实现 驱动的关键点如下： A. 设备资源的获取；RK私有资源定义，命名方式如rockchip,camera-module-xxx，主要是提供设备参数和Camera设备进行匹配。VCM参数定义，命名方式如rockchip,vcm-xxx，主要涉及硬件参数启动电流、额定电流、移动模式，参数跟马达移动的范围和速度相关。 B. entity.function的指定，与camera sensor驱动不同，马达驱动注册的需要指定为：MEDIA_ENT_F_LENS C. v4l2_subdev_core_ops：设置ioctl回调接口，目前使用了私有的ioctl实现马达移动时间的查询：RK_VIDIOC_VCM_TIMEINFO；； D. v4l2_ctrl_ops：实现dw9763_get_ctrl和dw9763_set_ctrl，也就是获取和设置马达的位置接口，即对V4L2_CID_FOCUS_ABSOLUTE这个ioctl进行支持。 E. RK AF算法将模组镜头整个可移动行程的位置参数定义为 ，模组镜头整个可移动行程在VCM驱动电流上对应的变化范围为 ，该函数中建议实现这2者间的映射换算关系； current_related_pos = dest_pos; for (i = 0; i dev, "%s: failed with error %d\n", __func__, ret); return ret; } ③dts配置 dts配置参考如下： dw9763: dw9763@c { compatible = "dongwoon,dw9763"; status = "okay"; reg = ; rockchip,vcm-max-current = ; rockchip,vcm-start-current = ; rockchip,vcm-rated-current = ; rockchip,vcm-step-mode = ; rockchip,vcm-t-src = ; rockchip,vcm-t-div = ; rockchip,camera-module-index = ; rockchip,camera-module-facing = "back"; }; ov13855: ov13855@36 { ...... lens-focus = ; ...... }; vcm-max-current设置最大电流，vcm-start-current设置启动电流，vcm-rated-current设置额定电流，vcm-step-mode设置VCM的模式。 ④安卓上层配置 如果支持VCM的话，安卓XML需要添加对应的AFmode支持，camera3_profiles.xml添加如下： ⑤JSON效果文件配置 效果文件需要打开AF： ⑥调试命令 上述效果文件打开会自动对焦，调试的时候可以将上述关掉，手动使用命令控制马达移动： v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev3 --set-ctrl 'focus_absolute=64' v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev3 --set-ctrl 'focus_absolute=0' 3.3 IR-CUT 自然界存在着各种波长的光线，人眼识别光线的波长范围在320nm-760nm之间， 超过320nm-760nm的光线人眼就无法见到；而摄像机的成像元器件CCD或CMOS可以看到绝大部分波长的光线。由于各种光线的参与，摄像机所还原出的颜色与肉眼所见在色彩上存在偏差。如绿色植物变得灰白，红色图画变成浅红色，黑色变成紫色等。在夜间由于双峰滤光片的过滤作用，使CCD不能充分利用所有光线，不产生雪花噪点现象及其低照性能难以令人满意。为了解决这个问题，就使用IR-CUT双滤镜。 IR-CUT双滤镜是指在摄像头镜头组里内置了一组滤镜，当镜头外的红外感应点侦测到光线的强弱变化后，内置的IR-CUT自动切换滤镜能够根据外部光线的强弱随之自动切换，使图像达到最佳效果。也就是说，在白天或黑夜下，双滤光片能够自动切换滤镜，因此不论是在白天还是黑夜下，都能得到最佳成像效果。 4.3.1 IR-CUT 组成及原理 IR CUT双滤光片切换器由一个红外截止低通滤光片（一片红外截止或吸收滤光片）、一个全光谱光学玻璃（一片全透光谱滤光片）、动力机构（可以是电磁、电机或其他动力源）以及外壳组成，它通过一块电路控制板来进行切换、定位。当白天的光线充分时，电路控制板驱使切换器切换并定位到红外截止滤光片工作，CCD或CMOS还原出真实色彩；当夜间可见光不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，这时，它能感应红外灯的红外光，使CCD或CMOS充分利用到所有光线，从而大大提高了红外摄像机的夜视性能，整个画面也就清晰自然了。 4.3.2 IR-CUT指标 a、滤光片的红外线截止程度，透光率，和光整形效果等。 b、动力驱动部分 c、控制电路 d、滤光片：一般用镀膜(IR Coating)的方法或蓝玻璃来滤除红外光。 4.4 Sensor Image sensor（图像传感器）是一种半导体芯片，其表面有几百万到几千万个光电二极管，光电二极管受到光照就会产生电荷，将光线转换成电信号。其功能类似于人的眼睛，因此sensor性能的好坏将直接影响到camera的性能。 4.4.1 Sensor结构 4.4.2分类 感光原件：CCD、CMOS(PPS和APS) CCD（Charge Coupled Device）是贝尔实验室在1969年研发成功的，后经索尼、松下、夏普等公司改进并批量生产。十多年前，以CCD作为感光元件相机多一些，如尼康的D3000等，但现在越来越少。 CCD感光元件具有噪点小、反映灵敏度高、动态范围大等优势，所以作为相机成像的感光元件，所成像的质量要更好，但因为其制作成本高、制作工艺复杂、价格昂贵、耗电高等劣势，不利于进一步推广，并且CCD的尺寸越大，越难以生产，制作成本越高。 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）感光元件是在二十世纪八十年代诞生的，当时电子技术水平相对落后，特别是系统集成这一领域，因此CMOS感光元件的成品质量一直不高，并且生产效率低下，所以CMOS感光元件的普及率不足。随着系统集成技术的发展，世界上主流的影像传感器厂商已经能够快速、高质量地生产尺寸较大的CMOS，并且这种感光元件的成像质量在一定程度上也达到了CCD所能达到的水平，当前的主流数码单反相机均采用了CMOS感光元件，只有部分卡片机和高端中画幅相机仍然使用CCD感光元件。` 不同工艺：前照式FSI、背照式BSI、堆栈式 对于FSI(Front side illumination)技术而言，光是从前面的金属排线之间进入，然后再聚焦在光电二极管上。这带来的结果就是在金属排线这层光线会被部分阻挡和反射掉，而光电二极管吸收的光线就只有刚进来时候的70％或更少；且这种反射还有可能串扰旁边的像素，导致颜色失真。 采用BSI(Back side illumination)技术来构建像素，光线无需穿过金属排线层，光线几乎没有阻挡和干扰地就到达光电二极管，光线利用率极高，所以背照式CMOS传感器能更好的利用射入的光线。 FSI和BSI为非堆栈式结构，堆栈式的结构首先由SONY应用在了Exmor RS 产品上。对于像素区域的制造工艺，可以使用65nm的制程，但对于处理电路的区域，如果能用45nm的制程制造，那么在处理电路上的晶体管数量就能翻倍，这样，像素处理的速度就更快。 由于像素部分和电路部分独立，因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。堆栈式不仅继承了背照式的优点（像素区域依然是背照式），还克服了其在制作上的限制与缺陷。因为处理回路的改善和进步，摄像头也将能提供更多的功能，比如说硬件HDR，慢动作拍摄等等。像素与处理回路分家的同时，摄像头的体积也会变得更小，但功能和性能却不减，反而更佳。像素区域（CMOS的尺寸）可以相应地增大，用来种植更多或者更大的像素。 4.4.3 指标 常见缩略语 点击图片可查看完整电子表格 A. 图像压缩方式JPEG (joint photographic expert group)静态图像压缩方式。一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。 当图像精度要求不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。 B. 图像噪音 指的是图像中的杂点干扰，表现为图像中有固定的彩色杂点。 C. 白平衡处理技术(AWB) 白平衡指不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色。白平衡是描述显示器或相机中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。当色温改变时，光源中三基色（红、绿、蓝）的比例会发生变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际。 图象传感器的图象数据被读取后，系统将对其进行针对镜头的边缘畸变的运算修正，然后经过坏像处理后被系统送进去进行白平衡处理（在不同的环境光照下，人类的眼睛可以把一些“白”色的物体都看成白色，是因为人眼进行了修正。但是SENSOR没有这种功能，因此需要对SENSOR输出的信号进行一定的修正，这就是白平衡处理技术）。 D. 彩色深度（色彩位数） 反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。实际就是A/D转换器的量化精度，是指将信号分成多少个等级，常用色彩位数（bit）表示。彩色深度越高，获得的影像色彩就越艳丽动人。非专业的SENSOR一般是24位；专业型SENSOR至少是36位。24位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是256×256×256约16，77万种。36位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是4096×4096×4096约68.7亿种。 E. 图像格式(image Format/ Color space) 像素格式，比如: RGB24，RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。 RGB24,I420是目前最常用的两种图像格式。 RGB24 表示R、G、B ，3种基色都用8个二进制位表示，那么红色、绿色、蓝色各有256种，那么由这三种基色构成的颜色就是256X256X256=16,777,216种，约等于1677万。这就是计算机表示颜色的原理，同样也是手机屏幕和显示器屏幕等显示颜色的原理。 颜色对应RGB值 YUV YUV 和我们熟知的 RGB 类似，是一种颜色编码格式。 YUV 包含三个分量，其中 Y 表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰度值。 而 U 和 V 则表示色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述图像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。 没有 UV 分量信息，一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的灰度图像。 YUV的采样方式 4:4:4表示完全取样（每一个Y对应一组UV分量) 4:2:2表示2:1的水平取样，垂直完全采样(每两个Y共用一组UV分量) 4:2:0表示2:1的水平取样，垂直2：1采样(每四个Y共用一组UV分量) 4:1:1表示4:1的水平取样，垂直完全采样(每四个Y共用一组UV分量) F. 分辨率（Resolution） 所谓分辨率就是指画面的解析度，由多少像素构成的数值越大，图像也就越清晰。分辨率不仅与显示尺寸有关，还会受到显像管点距、视频带宽等因素的影响。 我们通常所看到的分辨率都以乘法形式表现的，比如1024*768，其中的1024表示屏幕上水平方向显示的点数，768表示垂直方向的点数。 点击图片可查看完整电子表格 G. 码流 码流就是指视频数据在单位时间内的数量大小，也叫码率，是视频编码画面质量控制中最重要的部分，同样的分辨率和帧率下，视频码流越大，画面质量越高，对应的存储容量也就越大。 H. 曝光 曝光就是图像的明暗程度 ，照片太暗称为曝光不足 ，照片太亮称为曝光过度。曝光由光圈、曝光时间、ISO三者共同决定。 光圈： 控制进光量。 曝光时间： 光到达的时间长度。 ISO： 增益，或称为感光度。 I. 像素 传感器上有许多感光单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中，每一个感光单元对应一个像素（Pixels），像素越多，代表着它能够感测到更多的物体细节，从而图像就越清晰，像素越高，意味着成像效果越清晰。摄像机分辨率的乘积就是像素值，例如：1280×960=1228800 J. 靶面尺寸 图像传感器感光部分的大小，一般用英寸来表示。和电视机一样，通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度，如 常见的有1/3英寸，靶面越大，意味着通光量越好，而靶面越小则比较容易获得更大的景深。 K. 感光度 即是通过CCD或CMOS以及相关的电子线路感应入射光线的强弱。感光度越高，感光面对光的敏感度就越强，快门速度就越高，这在拍摄运动车辆，夜间监控的时候尤其显得重要。 L. 电子快门 是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语。其控制图像传感器的感光时间，由于图像传感器的感光值就是信号电荷的积累，感光越长，信号电荷积累时间也越长，输出信号电流的幅值也越大。电子快门越快，感光度越低，适合在强光下拍摄。 M. 帧率 既指单位时间所记录或者播放的图片的数量。连续播放一系列图片就会产生动画效果，根据人类的视觉系统，当图片的播放速度大于15幅/秒（即15帧）的时候， 人眼就基本看不出来图片的跳跃；在达到24幅/s——30幅/s（即24帧到30帧）之间时就已经基本觉察不到闪烁现象了。 每秒的帧数（fps）或者说帧率表示图形传感器在处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的视觉体验。 N. 信噪比 是信号电压对于噪声电压的比值，信噪比的单位用dB来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。 信噪比的典型值为45——55dB，若为50dB，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60dB，则图像质量优良，不出现噪声，信噪比越大说明对噪声的控制越好。这个参数关系的图像中噪点的数量，信噪比越高，给人感觉画面越干净，夜视的画面中点状的噪点就越少。 4.5 DSP 数字信号处理器DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备 3.5.1 DSP和ISP区别 名词解释： ISP 是Image Signal Processor 的简称，也就是图像信号处理器。 DSP是Digital Signal Processor 的缩写，也就是数字信号处理器。 在介绍Camera ISP和DSP区别前，我们先看看Camera的工作流程 拍摄景物通过镜头，将生成的光学图像投射到传感器上，然后光学图像被转换成电信号，电信号再经过模数转换变为数字信号，数字信号经过DSP加工处理，再被送到电脑中进行处理，最终转换成手机屏幕上能够看到的图像。 数字信号处理器DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。DSP结构框架: ISP(image signal processor)(图像信号处理器) JPEG encoder(JPEG图像解码器) USB device controller(USB设备控制器) ISP一般用来处理Image Sensor（图像传感器）的输出数据，如做AEC（自动曝光控制）、AGC（自动增益控制）、AWB（自动白平衡）、色彩校正、Lens Shading、Gamma 校正、祛除坏点、Auto Black Level、Auto White Level 等等功能的处理。 DSP功能就比较多了，它可以做些拍照以及回显（JPEG的编解码）、录像以及回放（Video 的编解码）、H.264的编解码、还有很多其他方面的处理，总之是处理数字信号了。 ISP是一类特殊的处理图像信号的DSP。 05 摄像头模组的分类及相关概念 5.1 按接口分 5.1.1 USB接口 UVC，全称 USB Video Class 、是 USB-IF 定制的一套标准，所有遵循这一标准的 USB 接口摄像头在 Windows Linux 等系统下，几乎能直接使用，达到类似免驱的效果。 当然了，并不是说真正的不需要驱动，而是只要某个 USB 接口的摄像头遵循了 UVC标准，它就能被 Window、Linux 系统中一套通用的驱动所驱动，而不需要你再安装其他的驱动。比如 Linux 内核中就有一套针对 UVC 设备的通用驱动：drivers/media/usb/uvc , 只要打开了这套驱动，几乎所有的 UVC 摄像头都可以直接使用。 5.1.2 MIPI接口 MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。常见的智能手机上的摄像头是MIPI接口，CSI是相机串行接口（CMOS Sensor Interface）的简称。 MIPI 组织致力于把移动通信设备内部的接口标准化从而减少兼容性问题并简化设计。例如摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口SLIMbus等。 MIPI总线速率lvds接口耦合，走线必须差分等长，并且需要保护，故对PCB走线以及阻抗控制要求高一点（一般来讲差分阻抗要求在85欧姆~125欧姆之间）MIPI是LVDS低压差分串口，只需要要CLKP/N、DATAP/N——最大支持4-lane，一般2-lane即可。MIPI接口比DVP的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制。500W还可以勉强用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。所以高清摄像头我们都选用MIPI接口 。 5.1.3 DVP接口 还有一部分的摄像头（比如说某些支持DVP接口的硬件）是DVP(Digital Video Port)摄像头数据并口传输协议， DVP是并口，提供8-bit或10-bit并行传输数据线、HSYNC(Horizontal sync)行同步线、VSYNC(Vertical sync)帧同步线和PCLK(Pixel Clock)时钟同步线。 DVP总线PCLK极限约在96M左右，而且走线长度不能过长，所有DVP最大速率最好控制在72M以下，PCB layout较容易画 以OV3640摄像头为例： DVP分为三个部分： 输出总线输入总线电源总线 LVDS接口：LVDS（Low Voltage Differential Signaling)即低压差分信号传输 5.1.4 网口：IPC网络摄像头 5.1.5 SDI接口：专业视频接口，采用同轴电缆的，走数字信号，现在有18GHz带宽的产品，可以满足8K视频传输。 5.1.6 RGB接口：模拟视频接口，采用同轴电缆的，走模拟信号，720x576标清信号以下。 5.1.7 eDP接口：比较新的规范，在笔记本行业将广泛用于取代LVDS，支持超高分辨率，支持1080P以上 5.2 按镜头分类 广角镜头 标准镜头 长焦镜头 变焦镜头 针孔镜头 5.3 按成像分 彩色摄像头 黑白摄像头 红外摄像头 5.4按感光原件分 CCD CMOS 5.5按焦距是否可调分 定焦摄像头 变焦摄像头 5.6 按sensor封装分 COB： 是指Chip On Board。这种方式是将最原始的芯片(Bare Die，裸片)，通过打线（Wire Bond）的方式把芯片上的信号和线路板连接在一起。这种方式需要有专门的DA,WB等一系列机台配合。 CSP：这种方式是预先把Die通过半导体封装做成类似BGA的方式。但是由于封装的尺寸很小，所以叫做Chip Scale Package (芯片尺寸封装)。 06 摄像头模组的厂商 摄像头模组市场上有众多优秀的厂商，以下是一些代表性的企业： 舜宇光学科技集团有限公司： 中国最大的光学仪器制造商之一，专业从事光学镜头、光电产品的研发、制造和销售。其摄像头模组产品广泛应用于手机、相机、汽车等领域。 欧菲光集团股份有限公司： 中国领先的精密光电薄膜元器件制造商，专业从事摄像头模组的设计、制造和销售。产品广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备等领域。 丘钛科技(深圳)有限公司： 中国领先的摄像头模组制造商，产品广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车等领域。注重技术创新和产品质量，拥有多项核心专利和技术。 立景创新股份有限公司： 中国领先的智能视觉解决方案提供商，产品广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备等领域。注重技术创新和产品质量，拥有多项核心专利和技术。 江西同兴达精密光电有限公司： 中国领先的摄像头模组制造商，产品广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车等领域。注重技术创新和产品质量，拥有多项核心专利和技术。 合力泰科技股份有限公司： 中国领先的电子元器件制造商，专业从事多种电子产品的研发、制造和销售，包括摄像头模组。产品广泛应用于智能手机、平板电脑等领域。 联创电子科技股份有限公司： 中国领先的精密光电元器件制造商，产品广泛应用于智能手机、平板电脑等领域。注重技术创新和产品质量，拥有多项核心专利和技术。 这些厂商在摄像头模组领域具有较高的技术实力和市场份额，为物联网系统提供了高质量的摄像头模组解决方案。 供应商A：深圳市同赢实业有限公司 1、产品能力： （1）选型手册 同赢工业摄像头 选型清单.pdf （2）主推型号1：TYAX100-001 对应的产品详情介绍 品名型号:720P摄像头模组H62 品牌:TY 对焦方式:定焦/手动调焦 线长:标配1M 分辨率:1280*720P 产品接口:USB 2.0 产品尺寸:38*38mm/32*32mm 产品适用于:广告机,门禁,人脸识别 支持系统:And(需加uvc),Win,Linux 产品特点: 1:支持来图来样定制 2:可配不同广角镜头 3:可定制高中低端方案 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）

背景 视频监控系统通常被设计为有线连接，但在某些情况下，无线是必不可少的。视频的需求对无线网络的挑战比任何其他应用都大，有的时候，虽然在优秀的视频系统部署上投入了大量成本，但实际效果仍然差强人意。虹科虚拟光纤基于软件定义无线电，支持通过IP网络传输视频的独特方式，可以带来效果优秀的解决方案。 虹科虚拟光纤通过改善无线系统而不是视频监控系统来提高性能。通常来说，大多数无线系统无法支持视频，无线供应商通常会研究如何改善摄像头和服务器，以增强无线系统上的视频流，但这也通常会导致视频系统性能降低，许多有价值的功能无法被使用。 无线视频 挑战 数据流 上行容量 ：视频监控网络中95%的数据是从远程无线电传输到无线基站的上行数据。由于大多数无线系统都是为互联网服务设计的，所以它们支持的上行容量少于下行容量的一半。 视频多播 ：当两个或多个站点希望查看同一台摄像机时，会在视频中使用多播技术。 PTZ和分析的低延迟 ：带有云台变焦（PTZ）和分析功能的摄像头需要非常低的延迟才能正常工作。 虚拟光纤解决方案 可以支持全容量上行链路业务流 支持视频多播的无线系统 具有最低的延迟 数据包 I帧数据 ：MPEG-4和H.264等视频压缩算法使用帧间预测来减少视频文件大小。拍摄的第一幅图像称为I帧，是一幅全尺寸的图片，通过无线系统发送。 P帧小数据包数据 ：一旦视频服务器确认了I帧，摄像头就会将图像分成块，并且只在有变化的地方发送数据块，就像汽车在静态背景上移动一样，只会发送移动的汽车数据。这些块被称为P帧，它们是非常小的分组数据。P帧包含大多数视频分组数据，其小尺寸意味着无线电必须每秒处理数十万个分组，以跟上P帧的流量。 元数据服务质量（QoS） ：元数据是相机和服务器之间单独发送的信息，包括时间、位置和用于分析的其他数据。摄像机使用QoS标签标记高度重要的视频流，它在网络中具有优先级。然而，元数据数据包没有特殊的优先级，这通常会导致数据丢失。丢失的元数据还会禁用许多分析功能，如车牌和面部识别，或颜色和运动检测。 解决方案 由于无线网络不足而对视频系统进行调整会降低其性能，虹科虚拟光纤使视频系统能够像有线一样稳定工作。拥有世界上最高数据吞吐量的基站为今天的网络提供了足够的容量，为未来的扩展留下了足够的剩余容量。虹科虚拟光纤对无线性能的增强支持其他无线系统无法支持的最先进的视频技术和分析功能。 无线电平台的硬件中安装了特殊的数据缓冲区来缓存这些I帧数据，以便它们在网络上平稳运行。 使用最快的数据处理器。 可以将元数据传到自己的高优先级VLAN中，这样就不会发生丢失。 摄像机容量 容量最高的无线多点系统 支持全上行链路流量以获得更多视频容量 支持多播以减少冗余视频流并提高系统效率 业界速度最快的处理器支持更多同步视频流 视频性能 板载内存可以缓存数据，使视频流畅，无像素化或视频伪影 低延迟意味着快速响应云台、运动检测器和基于服务器的分析 按优先级排列的元数据QoS标记意味着不再丢失元数据 基于软件的解决方案，无需修改硬件

　 　1 引言 　　随着宽带和无线网络的普及和进一步发展、人们对视频通信、视频播放等数字媒体服务的要求越来越多，而网络视频监控就是在这样的市场环境下应运而生。该系统整合了FPGA数字视频信号处理技术、CDMA网络和Internet网络的优势，无论您身在何处、任何时间，都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理。 CDMA无线网络视频监控系统可以和其他的有线/无线网络多媒体视频监控系统兼容，便于用户在不同网络环境下的使用。 　　2 系统整体构成 　　系统整体框图如图1所示。 　　图1 系统整体框图 　　本文实现的视频监控系统主要分为两部分：第一部分，利用硬件描述语言实现视频采集，视频VGA显示，视频压缩，视频缓冲存储。第二部分，在FPGA中嵌入NiosⅡ软核，通过Nios Ⅱ软核控制，将缓冲区的压缩好的视频数据通过CDMA无线模块传输到远端服务器。 　　系统整体框图各部分功能如下： 　　视频采集部分；将摄像头采集进来的模拟视频数据转换为数字视频数据，并获取相应视频控制信号。视频格式转换部分；将采集模块输出的视频数据转换成需要的视频格式。视频缓存部分；将视频数据暂存在FIFO中，然后由FIFO转存在SDRAM中。CDMA模块部分；将压缩好的视频数据通过CDMA传输到远端服务器。VGA视频显示部分；将摄像头采集进来的视频通过VGA接口，在本地显示器显示。NiosⅡ控制部分；当监控系统发现异常现象时，Nios Ⅱ控制系统控制视频压缩、视频缓存和CDMA模块三部分协调工作，将压缩好的视频数据由CDMA传输给远端服务器。远端服务器将CDMA传送回来的图像数据在上位机上解压以图片方式显示，并记录事件发生时间。 　　用户端将CDMA传回的数据经由提供的解码记录软件，在PC机显示，并记录事件发生时间。 　　3 系统设计与实现 　　本系统设计主要包括以下模块：图像采集模块，图像处理模块，VGA显示模块，CDMA无线传输模块，远端服务器。 　　3.1 图像采集模块 　　采集模块是整个系统非常重要的前端，采集质量的好坏将直接影响整个系统的识别效果，同时采集的速度也是整个系统设计速度的瓶颈所在。 　　本设计中采用了ADV7181来完成视频处理。ADV7181对视频信号进行采样解码后，得到与CCIR656标准兼容的YCrCb 4:2:2格式的输出编码。要对YCrCb 4:2:2格式的数字图像数据进行后续处理。 　　彩色CCD摄像头采集到的模拟视频信号，经过ADV7181芯片的解码得到数字视频信号。ADV7181芯片通I2C总线控制，I2C控制模块是由自定义外设实现的，SOPC提供的IP核只需对其参数进行配置便可加入到该系统中。图像采集模块如图2所示。 　　图2 图像采集模块 　　2C20通过I2C来控制ADV7181B对视频信号的采样。ADV7181B芯片产生的数字视频信号、控制信号和状态信号送入控制芯片FPGA中，即把场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场标志信号RTS0、片选信号CE、垂直同步信号VS、象素时钟信号LLC2以及数字视频信号VPO等管脚连接到FPGA芯片，以获知各种采集信息。 　　由于摄像头输出模拟信号，需要经过视频A/D转化后，把模拟视频信号转化成数字视频信号，输入进FPGA芯片，FPGA根据状态信号SRTS0把奇偶场图像信号分别存储在SDRAM（ODD）和SDRAM（EVEN）中。 　　3.2 图像处理模块 　　由图3可以清楚的看出图像处理过程，摄像头采集信号经A/D转换后送入ITU R656解码器（Decoder），经解码后分出的Y、Cr、Cb三种基色信号数据线，这三种基色信号、控制信号和时钟信号进入缓冲器（Buffer）后共同作用输出Y 、Cr 、Cb 三种基色信号线给RGB模块，通过对三种基色的混合调制便可得到彩色的图像画面。 　　图像传输过程中需要对图像信息进行压缩。由于通常无损压缩的压缩比不高，所以在很多情况下，经过无损压缩后的数据量仍将超过实际应用所能忍受的负荷。所以实现有较高压缩比的高保真的有损图像压缩就很重要。 　　图3 图像处理模块 　　本算法的编码器包括3个步骤：第1步是对原始图像进行向量变换，第2步是动态位分配的向量量化VQ(Vector Quantization)编码，第3步是进行一种熵编码。相应的解码器也包括3个步骤：解码器由编码器的3个步骤的逆过程按逆序组成。图4所示为算法编码器和解码器的框架图。 　　图4 编码器和解码器的框架 　　图像处理部分是整个系统的核心，需要对外围的器件进行集中控制和处理。FPGA/CPLD对图像信号的采集、控制、存储数据到SRAM以及从SRAM读取数据都在这里实现。选用CycloneII EP2C20F484C7芯片，利用Verilog HDL作为硬件描述语言，实现对各小模块的连接控制。 　　3.3 VGA显示模块 　　如图5 VGA显示模块所示，从摄像头过来的信号经过视频解码后到视频处理芯片，视频处理芯片输出三路的R、G、B数字信号到视频DAC，然后输出三路的模拟R、G、B信号到显示屏显示。.这其中，视频DAC的速度直接决定了输出图像的分辨率和刷新率，而其精度则决定了输出图像的质量。DAC的速度和分辨率的关系可以通过下面的关系式得到： 　　时钟频率=点速率=(水平分辨率)×(垂直分辨率)×(刷新率)/(回扫系数)； 　　水平分辨率=行的像素数目； 　　垂直分辨率=帧的像素数目。 　　图5 VGA显示模块 　　3.4 CDMA无线模块 　　CDMA(Code-Division Multiple Access)技术是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点。 　　1）数据传输方式设计 模块利用DE1的配置串口与CDMA模块通信,当监视到有人走过时，NiosⅡ系统发出拍照指令,通过摄像头记录下图像，同时NiosⅡ系统通过UART串口向CDMA发送信息，CDMA模块向设定的手机发送报警信息,并向上位机发送图像信息。 　　NiosⅡ与CDMA的通信是采用AT指令向CDMA模块发送命令。当监视发现异常现象时, NiosⅡ系统接收到来自监控模块产生的异常信号,马上进行拍照命令,同时向CDMA发送AT指令,并利用UART的中断接收CDMA返回的信号,一旦确认CDMA模块接收到AT指令将向CDMA发送下一条指令,如果NiosⅡ系统没有收到CDMA模块返回来的OK信号,系统将不断的向CDMA发送AT指令直到CDMA响应成功。其中NiosⅡ系统接收CDMA返回信号和向CDMA发送信号采用中断方式。 　　2）CDMA响应过程 　　系统向CDMA模块发送AT指令初始化CDMA模块,然后调用建立PPP连接的函数,先用AT指令ATD#777接通CDMA,然后初始化PPP连接,当PPP连接完成后设置好相应的IP参数。 　　然后初始化WAP相关参数,建立WAP连接,调用信息发送函数将图像信息发送到与上位机相连接的CDMA模块中,完成数据的传送后,断开PPP连接。负责接收数据的CDMA模块把数据通过串口传送到上位机中。 　　3）TCP/IP协议 　　TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备。网络传输的基本信息单元是数据包。当包经由 TCP/IP 协议栈时，每一层上的协议都会在基本头中添加或删除字段。 　　3.5 远程服务上位机设计 　　该系统利用VB编写程序，将CDMA接收回来的图像数据以文本格式进行存储，并将图片在系统界面上显示，同时记录事件发生时间。远端服务器监控显示效果如图6所示。 　　图6 远端服务器显示 　　远端服务器应用程序流程图如图7所示： 　　图7 远端服务器应用程序流程图 　　3.6 系统软件设计 　　本系统使用了Altera公司的Quartus II、SOPC Builder、Nios II IDE等软件进行FPFA内硬件逻辑和嵌入式系统软件的开发。该系统的软件流程图如图8所示。 　　图8 系统软件流程图 　　4 结论 　　本系统充分发挥了 SOPC的特点，采用FPGA和嵌入式软核的思想来设计该系统，用FPGA硬件来采集、分析数据，实现了数据的并行处理；同时，本系统根据需求增加了UART模块，使得Nios II核能快速的进行数据的传输。数据在传输之前，通过一个硬件描述语言模块来实现视频数据的压缩。在保证视觉效果的前提下，通过一个简易的压缩算法，系统的整体性能得到了大大的提升。传输的效率提高了一倍。Nios II 中断技术的使用，与查询方式相比，中断技术大大提高CPU使用的效率。

　　视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。视频监控成为人们生活中不可缺少的技术。在一些危险场所，用视频监控代替人工监视，可以保证人们的生命安全。鉴于一路视频的视野范围有限，要充分收集目标的信息，就需要有多路视频来对同一个物体在不同方位进行监控。因此需要有一个良好的控制手段，确保多路视频控制稳定，可靠。针对织布机告警系统的需求，提出一种基于FPGA的多路视频通道控制系统，本系统设计利用FPGA间接控制2块MAX4312选通所需要的视频通道，实现各个视频通道间相互切换。根据开关控制信号的设计思想在FPGA中对拨动开关输入信号做去抖动处理，然后对不同的开关操作进行编码，最后将信号送给DSP进行处理。 　　 l 系统总体结构 　　系统总体结构如图1所示。在1台工业织布机上安装了16个CCD图像传感器对布匹进行图像监控，通过2片MAX4312选择16路图像视频信号中的一路，经可编程视频输入器件SAA7111处理后从VP0输出数字图像信号。同时SAA7111输出相应的行、场同步信号HS，VS以及与HS锁定的时钟信号LLC、LLC2，利用这些信号在EP3C25F324C8中对图像进行预处理。然后将处理后的图像通过PPI口送给BF561中进行算法处理，最后将处理结果送给报警和状态指示装置，实现织布机告警功能。为了使图像监控更方便，该系统设计增添了电平拨动开关和脉冲拨动开关。电平开关使输入图像停止切换，固定于其中一路视频输人图像。脉冲开关可以左右拨动，每次向左或向右拨动都会产生一个很短的上升沿脉冲，同时图像向前或向后进行切换，实现手动选择视频输入通道的功能。 　　 2 软件模块设计 　　2．1 开关控制信号 　　实际工程中，BF56l连接在FPGA上的PF引脚比较少。为了节约资源，只通过BF561中的BF9来识别2个拨动开关的动作。因此首先需要将2个拨动开关输入信号在FPGA中进行处理整合，得到合适的信号。 　　本系统开关控制信号的设计思想：由于设计这个信号的目的是识别开关控制动作。因此，只要任何一个开关发生了动作就需要产生一个脉冲。如果只有脉冲信号就只能知道开关发生了动作，而不知道是哪个开关发生了什么动作。所以，要识别具体是哪个开关发生了什么动作就必须配合双口RAM中的数据进行解码。该系统设计的脉冲持续时间对BF561来说并不重要，只要BF561能识别这个脉冲即可。由于系统中的2个拨动开关，一个是电平拨动开关，另一个是脉冲拨动开关，因此，只要根据电平拨动开关的动作制作相应的脉冲信号，再用这个信号与脉冲拨动开关产生的原始信号逻辑相与，就能得到所需要的目的信号。 　　由于拨动开关是机械触点，当其断开、闭合时会有相应的前沿、后沿抖动，为了使每次动作都只做一次响应，就必须对原始开关信号做去抖动处理。抖动信号可以分为2种：一种是时间很短的干扰信号，如高频毛刺；另一种是时间较长的干扰信号，如开关抖动。这里的拨动开关都是人为操作，因此每次触发的时间都不会很短，一般小于10 Hz。根据上述分析开关抖动信号属于后一种。因此在每次开关操作后，对其产生的信号进行连续采样，如果每次采样都是低电平或者都是高电平，就认为此信号不是抖动，确实开关状态发生了变化。整个设计过程使用Verilog硬件描述语言编写，然后在QuartusⅡ平台上编译，并采用SignalTapⅡLogic Arlalvzer对信号采样分析，调试通过后连同其他程序一起烧写进FPGA的配置器件EPCSl6中。图2～图4分别是各个开关动作去抖动前和去抖动后的实时信号采样图。去抖动模块中的部分代码如下： 　　其中，clk为13．5 MHz频率的时钟信号，clk_cnt为采样时间间隔计数器，当clk_cnt为135 000时采样1次，即每隔10 ms采样1次。寄存器shuru_temp存储前一次开关信号状态，shum存储当前开关信号状态。如果shuru_temp的值等于shtlm的值，则计数器test_cnt自动加l。如果连续4次采样值相等，即test_cnt=4时去抖动输出才随输入变化。 　　用电平拨动开关信号作为输入，制作了一个脉冲信号用于识别开关动作，其代码如下： 　　代码中寄存器level_contrl_TEMP存储level_contrl延时256个时钟周期后的信号，然后用level_eontrl_TEMP中存储的信号与level_co-ntrl的值相异或产生所需要的脉冲信号。 　　调试中发现，去抖动后的信号经常混有持续时间很短的高频脉冲干扰信号，因此设计中使用两级D触发器延时来彻底消除高频脉冲干扰，其程序代码如下： 　　 2．2 双口RAM及开关信号编码设计 　　双口RAM分为真、假2种双口。真双口2个端口都可以读写，互不干扰。本次设计根据实际需要，添加的RAM模块一端只读，另一端只写，读写互不干扰。根据上述分析可知，开关控制信号只能知道有开关控制动作发生，但是不能识别具体哪个开关发生了动作。因此，设计中首先利用MegaWizardPlug_In Manager中的宏功能块RAM：2_PORT产生1个双口RAM存储块，然后对这个宏功能模块的参数进行适当调整，产生一个满足自己特定要求的模块，如图5所示。 　　设计过程中，首先将开关动作进行编码。然后将编码后的数据存进空间大小为8的双口RAM中。当BF561检测到PF9上的脉冲后，在PF中断中读取RAM中指定地址的数据，然后根据这个数据进行开关状态解码并按解码后的控制信息对2块MAX4312器件进行操作以控制视频通道。对开关动作进行的编码程序代码如下： 　　整个设计有4种开关动作，程序中分别将其编码成数据0l、02、03、04，然后将编码后的这4个数据存入双口模块中，等待BF561来读取并进行解码。图6是SignalTapⅡLogic Analyzer中对脉冲开关向右拨动后存入RAM中的数据进行采样。 　　程序中RAM的读信号rden_signal是由DSP发送的地址信号DSP_A、BANK选择信号DSP_AMSl以及DSP读信号DSP_ARE进行控制的。当DSP不从双口读取数据时，必须给DSP的数据线赋值高阻，以免影响SDRAM对DSP数据线的操作。赋值指令如下：assignDSP_D=(rden_signal=l 'b1)？DSP_D_TEMP；8 'hzz；其中DSP_D_TEMP是从双口中读取的数据。 　　 3 结论 　　首先介绍了整个系统的工业背景和硬件架构，然后着重阐述了怎样在FPGA中处理开关控制信号，以达到可靠响应每个开关动作的目的。整个设计程序是在QuartusⅡ平台上用Verilog硬件描述语言编写，利用QuartusⅡ中的下载工具和SignalTapⅡLogic Analyzer工具进行下载、实时采样，并多次调试验证。本次设计已经成功应用于布机告警系统中，每次拨动开关都能准确、可靠的切换视频通道。虽然此系统中只有两种开关，但是整个程序的设计思想对多种开关控制也是通用的，只需在细节上稍作改变就能识别多种开关动作。

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