一种百万像素CCD图像采样接口电路的设计与实现

    1　引　言

    随着数码相机产业的蓬勃发展,出现了众多品牌和不同档次的数码相机,以满足不同用户的需要。中、低档次数码相机的像素为35～80万,高级数码相机为80～200万,专业数码相机的像素则超过300万。其中,高级型彩色数码相机主要针对一般商业用途和对画质要求较高的家庭用户。

    用在数码相机上的固体图像传感器主要有三大类型:CCD图像传感器,MOS图像传感器和电荷注入器件。目前,前两种用得比较多。MOS图像传感器发展很快,但由于工艺和性能的原因,目前它主要用于中、低档次数码相机中。CCD图像传感器工艺比较成熟、集成度高、性能好,仍然占领着高端数码相机市场。

    在数码相机专用集成电路中,CCD图像采样接口电路的主要功能是控制电荷耦合器件(CCD)图像传感器及其驱动器、模拟处理器和模数转换器,使其按一定的时序工作;同时,根据不同的工作模式,单帧或连续地输出指定分辨率的原始采样图像。

    2　系统构成和设计要求

    图1是使用该接口电路的CCD数码相机系统的结构框图。根据数码相机专用集成电路芯片的要求,CCD图像采样接口必须能够控制从80万到140万像素的多种规格CCD传感器及其模拟前端电路,并具备扩展为控制200万像素CCD的能力,其输出图像信号经过处理后,能够进行JPEG压缩或LCD显示。

    该电路有3种工作模式:取景模式、连拍模式和拍照模式。在取景模式下,图像采样接口控制CCD传感器及其模拟前端电路,使其工作在28帧/秒的速率下,同时,根据使用的液晶显示器的分辨率对图像进行降采样;在连拍模式下,采样速率为7帧/秒,分辨率为全帧图像;在拍照模式下,采样电路先拍一幅暗图像,然后将拍得的感光图像减去暗图像,以此来消除CCD传感器中暗电流引入的噪声。

    3　电路设计

    根据设计要求,我们先确定电路的总体框架,然后设计各个模块,并用Verilog HDL语言进行电路描述,最后进行RTL级仿真。图2是整个电路的功能框图。

    整个CCD图像采样接口由4个模块组成:寄存器文件、有限状态机、数据处理器和脉冲发生器。该接口的信号线主要和4个电路相关:一是和MCU接口电路相关,包括MCU—AB(地址总线)、MCU—DB(数据总线)、MCU—nWR(写使能)、MCU—nRD(读使能)、MCU—nCS(MCU操作选中信号)和MCU—nINT(中断信号);二是和CCD传感器及其前端模拟电路相关,包括脉冲发生器输出的控制整个图像采样的时序信号和CCD—Data(采样得到的经过A/D转换的8位图像数据);三是和SDRAM接口电路相关,包括进行DMA操作的控制信号和数据信号( NoiseRead—Ack、NoiseRead—Req、NoiseWrite—Ack、NoiseWrite—Req、Noise—Data);四是和图像处理DSP相关,包括V—Sync(帧同步)、H—Sync(行同步)、Image(输出的8位图像数据)和Image—EN(数据使能)。SYSRST和SYSCLK分别是系统复位和时钟信号。以下分别对各个模块的设计进行分析。