Camera Link相机的数字视频接口设计(2)
置身于这个科技创造未来的时代中，日新月异的科学技术无时无刻不在决定着这个世界的走向，大到生产方式的自动化智能化，小到个人生活用品的电子化智能化。光学与化学主导的传统照相业务似乎已渐渐被人遗忘，数字成像系统已经普及并几乎取而代之。随着全球智能电子设备功能的不断升级与优化，数字成像技术在分辨率和帧频等方面的要求不断提升，视频传输接口设计作为智能视觉感知设备的成像系统设计中不可或缺的一环，也正向着更高的传输速率、更低图像损耗、更高的采集帧频等方向发展。
Camera Link是一种视觉应用领域的串行通信接口协议，它是在Channel link的基础上发展而来的[1]。在Camera Link出现以前，数字视频产品领域没有标准的通信接口方法，图像采集卡和相机生产商各自生产连接器，因而电缆生产和消费局面都很混乱。尤其随着数据传输速度的不断提升，在数码相机与图像采集卡之间的一个统一的接口标准显得越发必要，Camera Link应运而生。Camera Link的传输速率可以达到2.38Gbps，它能满足现阶段数字相机对数据传输速率的要求[2]。因此，研究基于Camera Link的数字视频接口设计，有相当重要的理论和现实意义。
1.2数字视频接口技术的国内外发展现状与趋势
1.3本论文的主要工作
本课题主要的研究方向是在Camera Link接口协议的基础上，通过FPGA的方法，完成一个数字视频接口的设计与实现。设计使用的Camera Link相机输入格式为输入一行1270（246+1024）个像素，一共775（7+768）行。为了满足高速低功耗的设计要求，在设计过程中采用FPGA芯片作为核心处理器，产生Camera Link接口模块的控制时序。FPGA控制模块是这个接口系统的核心，我们要通过它实现数据的采集、缓存和模块间通讯的功能。
本文主要研究内容如下:
(1) 了解Cameralink接口标准及协议以及所涉及芯片的原理，参考类似的接口设计实现方法,分析其信号传输过程；
(2) 学习Camera Link视频格式，学习FPGA的基本理论和知识，研究其工作原理、工作模式、工作条件、驱动方式等；
(3) 设计基于Camera Link的数字视频接口系统，介绍系统基本构成，包括数据采集模块、控制模块、数据缓存单元等等；
(4) 结合电路板对所设计的程序进行调试和验证，并对调试结果进行分析。
2 Camera Link接口系统硬件设计
本论文最主要的工作为通过FPGA的方法实现基于Camera Link的图像采集与传输系统设计，通过Verilog语言编写各个模块的实现程序结合QuartusⅡ的原理图连接功能完成一整个系统的功能设计与仿真，最终完成Camera Link相机数据的采集、传输、缓存与VGA显示模块的对接。
2.1 Camera Link接口协议介绍
Camera Link 接口协议规范了数字摄像机和图像采集卡之间的接口，采用了统一的物理接插件和线缆定义，只要是符合Camera Link 标准的摄像机和图像采集卡就可以物理上互联[5]。Camera Link接口标准能够有效提高信号传输速率，并且降低在电缆生产组装方面的研发成本，它可为高速、高分辨率数码相机和图像采集卡提供灵活、简便的连接。Camera Link最显著的特点为采用了LVDS低压差分信号技术。Camera Link接口协议简化了CCD和采集卡之间的连接[14]，目前在航空航天、军事、医疗、工矿企业等的视频监控、视频传输、在线非接触式测量等领域应用广泛[15]。
2.1.1 Camera Link技术简述
Camera Link通信接口基于Channel link芯片组而实现。Channel link是美国国家半导体公司（National Semiconductor）开发的用于高速串行传输数据的芯片组。Camera Link标准在Channel Link标准的基础上有多加了6对LVDS信号线，4对为相机控制信号，其它2对为相机和图像采集卡(或其它图像接受处理设备)之间的串行通信信号，同时定义了一些相关传输标准。具有“Camera link”标志的产品都可以方便地互联。Camera Link的视频数据信号传输部分其实就是Channel link协议，Channel link以LVDS技术为基础，其核心元件为一个并行转串行驱动器和一个串行转并行接收器，驱动器将28位LVCMOS/LVTTL信号按7:1方式转化为4对LVDS串行数据，一个锁相传输时钟通过第五条LVDS链路与4对LVDS是数据并行传输[6]。接收器接收这五路信号并将它们还原成28位LVCMOS/LVTTL并行信号,即完成28位数据传输只需五对线[11]。