基于高级图形控制器及视频处理技术的远程摄像头应用实例

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有越来越多的基于视频的应用，如监控，网路视频和门禁系统，这样的远程摄像技术也可以直接应用于工业检测设备和医用显示器。在技术上而言，视频数据和控制系统的操作需要紧密地搭配在一起。这对工程设计团队而言影响极大，因为他们需要找到适当的方案来连接到视频流并把它集成到他们的系统设计，同时最大限度地减少所需的元器件，减小PCB板的面积和降低整个系统的成本。
       
        先进的人机界面（HMI）需要视频和控制组合创建一个允许监控并可以同时进行相关的远程控制。此外，它可以促进多任务处理，用户可以观看视频的同时进行系统操作，通过控制接口，仅仅使用一个高性能图形控制器芯片和高端的微控制器和分离的零部件来建构整个系统也不是一个令人满意的做法。首先，将摄像头丶微控制器丶显示处理和连接元件之间的匹配需要很多的特徵和功能，其次，图形控制器将需要一个大容量的帧缓冲器（内容对映至显示器）和大量的快闪存储器资源（在该图形库的控制系统可以被存储），所有这一切将占用极大的电路板空间，同时也影响对功率消耗和系统的整体价格成本。
       
        真正需要的是一种只用几个高度集成的、现成的芯片，針對性的對特定应用进行优化，以实现所需的系统。这意味着，在同样操作功能下，可避免上述系统技術上的过度複雜並更具有成本效益。
       
        图1详细介绍了远程摄像系统设计用于监视或安全应用程序，运行在一个标准的5VDC电源下，通过该系统的高品质的视频流，使用更简朴的系统形式用於这类应用。其独特的特点是它采用创新的微控制器具有高性能相互互连技术和图形控制装置。
       
       
        图1：远程摄像头应用程序中使用FT900和FT800的功能框图
       
        该系统是基于新发布的FT900面向应用的控制器（AOC）的设备伴随着FT800嵌入式视频引擎（EVE）。在这个例子中设计者可以选择摄像机的视频从本地或可由选地连接在连接到另一个FT900模块的远程相机模块的相机模块的QVGA LCD屏幕上显示。通过触摸屏，它也可以把画面暂停来查看更细致的影像。
       
        现在让我们依次来看看这个系统的主要元素——微控制器，图形控制器和配合这两个设备的固件。
       
        微控制器
       
        基本上FT900是已经被开发用于高速运行的32位微控制器，运行的时钟速度高达100MHz，其专有的FT32处理器的核心可达2.93DMIPs/MHz，并且由于它的零等待状态的程序存储器，可以提供的处理性能甚至到281DMIPs.其微控制器的独特数据流省去了复杂的直接存储器存取（DMA）接口的内部传送数据。它携带的VGA（640×480像素）分辨率的视频图像数据和SD卡（2.0）接口，并支持10/100M以太网，I2C主端及从端，还有I2S外部音频接口等。
       
        图形控制器
       
        集成显示器，音频和触摸功能到一个单芯片，FT800能够更精简的使用於人机界面（HMI），来发展新世代的智能显示器。这种创新的图形控制器IC，它适用于QVGA/WQVGA TFT显示器。其使用一种新型的面向对象的方法（其中的对象可以是用户自定义的图片，字体，窗口小部件，声音等），不需要闪存和帧缓冲区，也不需在外挂一个单独的触摸控制器或音频DAC，自带一个4线触摸屏控制器和一个单通道音频控制器——不但节省了空间，也降低了材料成本。跳脱传统的宽并行总线控制，FT800可通过低带宽的SPI或I2C接口进行资料传输，这将对整个系统带来十分有利的帮助，不但可大幅减少引脚数还可大幅减小IO功耗。
       
        固件
       
        这个系统的固件是使用FT900 IDE软件，它是基于Eclipse的开源项目和GCC的开源编译器开发的。可以从FTDI芯片网站免费下载，包括外设驱动程序，库和例子。上电时，将摄像头模块丶高速以太网MAC与互联网协议（IP）程序和FT800显示模块先进行固件配置，然后FT800，摄像头和以太网接口之间的数据流即开始运行。该FT900充分利用的FT800的内置显示器，音频和触摸功能来呈现从照相机和屏幕上的用户控制，包括视频数据，声音控件和触摸屏输入。流的数据速率需搭配摄像头的分辨率和帧速率。FT900具有流640×480像素分辨率的摄像头数据在15frames/sec的速度通过其集成的高速以太网接口的能力。
       
        总之，在需要大量数据流的应用程序时工程师构建系统常需面临困难的技术挑战，遗憾的是传统的思维是不可能帮助他们解决问题。本文中所描述，通过从不同的角度来开发方案，将会产生完全不同的傲人成果，不但简化了设计过程，缩短开发时间，还可精简开发人力与产品成本。以太网，SPI接口和闪存都集成到了FT900.同样地，触摸输入，声音和图形元素在FT800内集成。通过合并这些IC的关键属性，即可实现别于其他系统的结果。