CCD视频图像的无损传输来自USB2.0块传输方式

精品文档-下载后可编辑CCD视频图像的无损传输来自USB2.0块传输方式块传输是指每次传输一个数据块，区别于中断等传输方式。块传输是PCI的基本传输方式，也是DMA中基本传输方式。

USB即“UniversalSerialBus”，中文名称为通用串行总线。这是近几年逐步在PC领域广为应用的新型接口技术。USB接口具有传输速度更快，支持热插拔以及连接多个设备的特点。目前已经在各类外部设备中广泛的被采用。目前USB接口有两种：USB1.1和USB2.0。理论上USB1.1的传输速度可以达到12Mbps/秒，而USB2.0则可以达到速度480Mbps/秒，并且可以向下兼容USB1.1。

1USB2.0接口芯片CY7C68013简介

(1)内置USB2.0收发器和智能串口引擎(SerialInterfaceEngine，SIE)。

(2)增强的8051内核，其时钟频率可为12MHz、24MHz和48MHz，同时该芯片还带有2个通用异步收发器(UART)、3个定时/计数器和2个数据指针，可支持外部中断。

(3)可通过USB程序，也可从外部扩展的E2PROM中程序。

(4)支持批量传输、同步传输、中断传输和控制传输4种传输方式。

(5)具有8位或16位外部数据接口。

(6)具有通用可编程接口GPIF。

(7)内置I2C接口，其工作速率为100kHz或400kHz。

(8)带有达8Kb的FIFO，可运行于Master或Slave方式（本文采用）。

2USB2.0的4种传输方式及其比较

(1)控制传输：主机发送一些控制命令字给USB设备。

(2)中断传输：主机发送中断指令给USB设备。

(3)等时传输（IsochronousTransfer）：用于视频或音频等数据流的传输，传输时维持一定的速度，高速时会有一定的错误发生。其传输结构如图1所示。

(4)块传输（BulkTransfer）：传输的数据量大，准确性高(若出现错误而发生传送失败，会重新传)，且无速度上的限制（即没有固定传输速率）。其传输结构如图2所示。

通过比较块传输和等时传输的结构可以发现：等时传输是以数据流的方式不断传输数据，可以充分保证实时数据的传送。而块传输比等时传输多了握手的部分（ACK/NAK/STALL/NYET)，实时数据必须分包传输，而且每个包为1024b。这样块传输的速度会受到一定的影响。从理论上看，在USB2.0协议中等时传输支持480Mbps，而块传输支持416Mbps。

要启用USB2.0：

1。系统重启（或加电）。

2。在POST（加电自检）过程中按“F2”，进入系统BIOS设置程序。

3。使用箭头键（向左和向右）选择“”菜单。

4。选择“USB配置”并按Enter。

5。启用“高速USB”。

6。按“F10”保存并退出BIOS设置程序。(高速USB2.0控制器现在已经启用，在下正常启动周期中，操作系统应该检测到新硬件。

对于实时视频图像传输，采集到的视频信号为PAL制式隔行扫描黑白全电视视频信号。该信号每帧信号由奇场和偶场信号构成，每场重复周期为20ms，场消隐脉冲宽度为1612μs，在场消隐期间无有效数据，每行重复周期为64μs，行消隐脉冲宽度为12μs。对于分辨率为800×600的实时图像而言，其要求的传输速度约为800×8÷64＝100Mbps。图像传输即视频实时传输主要有两个概念，一是移动中传输，即移动通信，二是宽带传输，即宽带通信.在过去的无线图像传输，主要是以单向的模拟电视广播业务为主，一套电视节目采用一个单独的频点，单频网可以提高频率资源的利用率，但是在不同地点用相同频率同频发射播出电视节目时，它们之间会有相互干扰，另外，由于接收或发射的一方处于移动状态，无论是发射或接收都会遇到强烈的多径干扰即回波干扰，因此，对回波干扰的处理方式可能从根本上影响一个无线高清晰度视频实时传输系统的性能，而MOBILEVIDEO2000无线数字高清晰度视频实时传输系统中的COFDM传输技术正是可以有效地利用回波而不是消极地排除回波引起的问题。这样每次连续采集一场的数据，如果可以在场消隐的时间内完成一场数据的处理和显示，那么在下一场数据到来时就不会耽误数据的继续采集，从而可以实现图像的实时传输。

3SlaveFIFO简介及其在视频图像传输中的应用

SlaveFIFO作为USB2.0接口芯片CY7C68013的一种工作方式[4][5]，其自身的特点如下：(1)采用外部Master的控制方式，减少了直接应用内部Master的繁杂。(2)直接利用芯片内部集成的FIFO进行工作，有效地将外部数据经CY7C68013进行传递。(3)同步和异步2种工作模式适应多种数据传输要求。

采用SlaveFIFO方式传输视频图像数据的原理框图如图3所示。其中IFCLK的设置决定了SlaveFIFO工作在同步还是异步模式下。同步模式下，SLWR写信号受IFCLK上升沿控制，在异步模式下，SLWR写信号受读信号SLOE控制。所以，采用异步工作模式，用视频图像的采集时钟作为SLOE的触发信号。这样可以使SLWR信号和SLOE信号保持同步，经FIFO直接将采集数据写入主机。其寄存器配置为：IFCONFIG=0xCB。为了充分利用CY7C68013的内部FIFO进行数据的缓冲，可以采用4倍Buffer的方式，可以用端点6对数据进行读入（IN）操作（由于只是将采集的图像数据送入主机，所以此时不用考虑端点2和端点4这2个OUT端点,开展视频图像领域的创新性研发工作，研究的范围包括先进图像特征的研发，人物及物体检测，多物体持久追踪，视频图像内容识别及分类等。其寄存器配置为：EP6CFG=0xE0；PKTEND直接决定FIFO中数据的传输方向及方式。应用CY7C68013芯片自身的AUTOIN方式，完全可以保证数据及时无误地从采集设备到主机的传输，其配置为：EP6FIFOCFG=0x0C；端点(ENDPOINT)6的选择可以通过对FIFOADR的寄存器进行设置来确定。

当USB传完一场信息后，可以在IBN（INBulkNAK）中断中应用判断标志来实现。可以在固件中自定义一个函数proc（void），在USBInterruptHandlers中利用该函数调用IBN中断，proc(void)定义如下：

voidproc(void)

{

{

PE0=0x00；

}

IBNIRQ=bmEP6IBN；//cleartheIBNIRQ

IBNIE|=bmEP6IBN；

}

在IBN中断定义中，部分程序如下：

voidISR_Ibn(void)interrupt0

{

EZUSB_IRQ_CLEAR()；

IBNIRQ=bmEP6IBN；

NAKIRQ|=bmBIT0；

PE0=0x01；

}

PE0为一个外部输出脚，利用PE0输出的高电平控制外围采集逻辑采集数据的时间。每次调用IBN中断前都设置PE0＝0x00，一旦调用IBN中断后，PE0=0x01，输出为高电平。可以利用该高电平控制CPLD的场同步信号，利用CPLD把每场头信号A0找出来。这样利用PE0和A0做“与”运算，就可以从每场开始时就采集数据，不会造成数据的丢失。随后AD按照采样时钟进行采集，通过设置所要求的分辨率和采集时钟的大小，可以得到每场需要采集的数据点数，当数据采集完毕后，通过CPLD产生中断请求送给INT。这时固件程序进入中断服务，同时又将PE0设置为0x01，重复IBN中断的工作过程。由于在场消隐期间没有场头信号，PE0始终为高，AD不会采集数据，因此可以利用场消隐的这段时间对数据进行处理，实现和主机的数据传输。在主机端的上位机处理程序中，初始时通过在驱动中定义MaximumTransferSize的大小可以使其足够大于一场数据(800×600)。这样当USB通过线程中的DeviceIoControl将全部一场的数据送到主机的内存后，就可以通过IBN中断利用场消隐期间将采集的一场数据在主机中显示出来。实验证明，主机将存储于内存中的一场图像数据显示出来大约用300～500μs，大大小于场消隐的1612μs，所以此方法是完全可行的。当场消隐结束后，IBN中断自动解除，又可以重新采集图像数据，实现每场图像数据和主机中的传输和显示，达到实时处理的效果。

4系统硬件设计

结合CCD视频图像采集和SlaveFIFO的外围Master的控制及设计，确定了无损视频图像采集系统的硬件设计方案，系统硬件结构如图4所示。系统由A/D转换器、同步分离电路、锁相环电路、CPLD及USB2.0传输模块(CY7C68013)构成。系统中A/D转换器采用视频采集芯片TDA8709，具有8位数据宽度，数据采样率可达32MHz，内置视频放大及钳位电路，可外加增益控制。同步分离芯片采用LM1881，可以方便地从0.5～2V标准负极性NTSC、PAL或SECAM制式视频信号中提取行、场同步信息。锁相环芯片采用高速锁相环NE564，工作频率可达到50MHz。CPLD采用ALTERA公司的EPM7128，可用门单元为2500个，管脚间延迟5ns。

标准视频输入由同步分离电路分离出标准行同步信号HSYN和场同步信号VSYN，场同步信号送至CPLD，具有标准视频输入接口(RCA)。标准视频信号在输出时要进行编码，将信号压缩后输出，接收时还要进行解码。这样会损失一些信号,行同步信号经锁相环电路锁相，产生每行N个点的锁相脉冲VCOOUT输入到CPLD。CPLD检测到场同步信号有效后，则将锁相脉冲CLK加至A/D的转换脉冲输入端及USB2.0模块的写脉冲输入端。CPLD内置一计数器，对锁相脉冲进行计数，并由场同步信号复位，计数满一场后置