1 前言
本文詳細(xì)介紹了title="DM368" target="_blank">DM368 視頻前端支持的輸入數(shù)字信號(hào)格式。并以MT9D131 和PC VGA 信號(hào)為例，將兩者的時(shí)序和 DM368 視頻前端配置參數(shù)一一匹配。同時(shí)介紹了如何合理配置和使用 VD 中斷，為 DM368 用戶正確采集數(shù)據(jù)提供了參考。
DM368 是TI 達(dá)芬奇系列芯片中的一顆，被廣泛的使用在IPNC（IP net camera 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）的應(yīng)用領(lǐng)域里。對(duì)于IPNC 應(yīng)用，首先就需要將視頻信號(hào)送入DM368 里面，這就需要使用到DM368 的視頻前端（VPFE - Video Processing Front End）。DM368 的視頻前端主要包含了IPIPEIF（Image Pipe Interface 圖像管道接口），ISIF（Image Signal Interface 圖像信號(hào)接口），IPIPE （Image Pipe 圖像管道），Resizer（縮放器）四個(gè)部分。
IPIPEIF 功能是數(shù)據(jù)通路連接，以及把數(shù)據(jù)整合成后端模塊接口可以接入的格式/大小。ISIF 是視頻信號(hào)的輸入口，可以支持Bayer 格式的RAW 數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)）或者是YUV 的數(shù)據(jù)的輸入。IPIPE 主要是做ISP 的處理。Resizer 起到了對(duì)圖像縮放和圖像存儲(chǔ)格式轉(zhuǎn)換的作用。本文是基于IPIPEIF 將外部并口輸入數(shù)據(jù)送入ISIF 處理的基礎(chǔ)上展開(kāi)討論。
圖 1. 視頻處理前端[1]
如何將輸入信號(hào)和DM368 視頻前端參數(shù)一一對(duì)應(yīng)？如何獲取外部的RAW 數(shù)據(jù)以及RAW 轉(zhuǎn)換成的對(duì)應(yīng)的YUV 數(shù)據(jù)？如何只采集或者處理圖像中的一部分區(qū)域？如何配置VD 中斷觸發(fā)的時(shí)機(jī)？在VD 中斷里面我們應(yīng)該處理什么？希望在閱讀完本文后，你可以找到相應(yīng)的答案。
2 DM368 的前端信號(hào)輸入
如果用戶外接傳感器（sensor）輸出RAW 數(shù)據(jù)或者YUV 數(shù)據(jù)到DM368，為了采集到正確的數(shù)據(jù)，我們需要了解DM368 的視頻前端是如何解讀信號(hào)，以獲得正確的數(shù)據(jù)。如果用戶使用的是FPGA 輸出信號(hào)到DM368，那就更需要了解DM368 視頻前端支持的信號(hào)格式，正確輸出DM368可以接收的信號(hào)。
2.1 輸入信號(hào)的物理連接
DM368 視頻前端支持并口的信號(hào)輸入，包括PCLK（像素時(shí)鐘），8 到16 位數(shù)據(jù)線，HD（行同步）信號(hào)，VD（場(chǎng)同步）信號(hào)。可以支持最多16 位的Bayer 格式的RAW 數(shù)據(jù)輸入。也可以支持內(nèi)嵌同步或者外部信號(hào)同步的8 位或者16 位的YUV422 信號(hào)輸入。如果是內(nèi)嵌同步，則不需要接入HD 信號(hào)和VD 信號(hào)。對(duì)于輸入內(nèi)嵌同步的信號(hào)，DM368 硬件可以自動(dòng)解析出數(shù)據(jù)上嵌入的同步信息給芯片內(nèi)部使用。DM368 的PCLK 最高可支持120MHz，可以支持720p60、 1080p30 等分辨率的輸入，也可以支持較大分辨率，例如五百萬(wàn)、八百萬(wàn)等分辨率，但幀率是非實(shí)時(shí)（小于30 幀）的。
DM368 的視頻前端ISIF 可以支持master（主） 模式或者slave （從）模式。所謂master 模式就是PCLK、VD 和HD 由DM368 向外發(fā)出。而slave 模式是外部設(shè)備提供PCLK、VD 和HD 信號(hào)給DM368。在實(shí)際的應(yīng)用里面絕大部分的情況都使用采slave 模式。
2.2 DM368 視頻前端對(duì)輸入信號(hào)的解析
2.2.1 ISIF 對(duì)信號(hào)的解析
無(wú)論是master 模式還是slave 模式，DM368 的視頻前端接口ISIF 對(duì)于信號(hào)的處理是一樣的。
圖 2. 幀圖像格式[1]
圖2 的時(shí)序通常認(rèn)為水平同步和垂直同步信號(hào)都為高電平有效，需要配置ISIF 的MODESET. HDPOL=MODESET.VDPOL=0。在這種情況下，水平同步信號(hào)寬度為HDW (HD pulse width)，以像素為單位。垂直同步信號(hào)寬度為 VDW (VD pulse width) ，以行數(shù)為單位。 PLLN（Pixels per line）是每行的像素個(gè)數(shù)，也就是相鄰兩個(gè)行同步信號(hào)間的像素個(gè)數(shù)。LPFR 是Lines per frame 的縮寫(xiě)，表示每幀數(shù)據(jù)有多少行，也是相鄰兩個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)之間的行數(shù)。在slave 模式下，PLCK/HD/VD 都是外部輸入的，ISIF 寄存器HDW/VDW/PLLN 是不需要配置的。圖2 中的灰色區(qū)域我們叫做有效數(shù)據(jù)區(qū)域，也就是用戶希望獲得的有效數(shù)據(jù)。而斜線陰影區(qū)域就是消隱區(qū)域。消隱區(qū)域在視頻前端處理中也是必不可少的部分，關(guān)于這點(diǎn)我們會(huì)在第3 節(jié)詳細(xì)介紹。
如果你使用的是單次（one shot）模式，或者在連續(xù)（continuous）模式下，你需要保存RAW 數(shù)據(jù)，那你就需要配置 SPH（ Start pixel horizontal 水平方向起始像素），SLV0/1 (Start line vertical - field 0/1 垂直方向奇偶場(chǎng)起始行)，LNH（ Number of pixels in line 每行像素個(gè)數(shù)），LNV (Number of lines vertical 垂直方向行數(shù))。這是為了告訴DM368 你需要把輸入的圖像的哪部分寫(xiě)到DDR。也就是說(shuō)你可以選擇只輸出有效數(shù)據(jù)里面的某一部分到DDR。
SPH 告訴硬件在同步信號(hào)有效以后從哪個(gè)像素開(kāi)始寫(xiě)入DDR。請(qǐng)注意這里的HD 信號(hào)有效起始點(diǎn)是指同步信號(hào)有效的沿，不是從同步信號(hào)脈沖結(jié)束后作為計(jì)數(shù)像素的起點(diǎn)。例如，如果HD 信號(hào)高電平有效，就是HD 上升沿后開(kāi)始計(jì)數(shù)，LNH 個(gè)PCLK（也就是像素）后將接收到的數(shù)據(jù)寫(xiě)入DDR。同樣 SLV0/1 告訴硬件從哪行數(shù)據(jù)開(kāi)始需要寫(xiě)入 DDR，LNV 決定了寫(xiě)多少行數(shù)據(jù)到 DDR。所以調(diào)整ISIF 的SPH，SLV0/1， LNH 和LNV 就可以調(diào)整保存到DDR 上的RAW 數(shù)據(jù)在原圖中的位置，以及 RAW 數(shù)據(jù)段大小（長(zhǎng)寬）。如果不需要寫(xiě)入 RAW 到DDR，那就不需要配置 SPH， SLV0/1 ，LNH 和LNV。
圖2 的時(shí)序如果配置為同步信號(hào)低電平有效也是可以的。但是如果配置為低電平有效，相關(guān)的參數(shù)就發(fā)生了變化。例如水平同步信號(hào)寬度就變?yōu)?PPLN-HDW，垂直同步信號(hào)寬度為 LPFR- VDW。SPH 和 SLV0/1 都變成了 0。所以在配置 ISIF 相關(guān)寄存器前首先需要把同步信號(hào)的極性確定下來(lái)。 要采集到正確的數(shù)據(jù)，DM368 采樣數(shù)據(jù)時(shí)機(jī)必須和傳感器輸出數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)匹配。在DM368 上默認(rèn)是PCLK 的下降沿采樣數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)修改SYSTEM module 寄存器VPSS_CLK_CTRL的PCLK_INV[2] 位來(lái)改變 PCLK 采樣沿。
2.2.2 IPIPE 和Resizer 對(duì)信號(hào)的解析和處理
如果ISIF 直接通過(guò)IPIPEIF 連接到IPIPE，那所有的圖像數(shù)據(jù)，也就是圖2 里的global frame 都會(huì)傳輸?shù)絀PIPE。在IPIPE 里面 用戶需要配置SRC_HPS （Horizontal Start Position ），SRC_VPS（Vertical Start Position），SRC_HSZ( Horizontal Processing Size)和SRC_VSZ( Vertical Processing Size)，來(lái)確認(rèn)global frame 里面的哪一部分需要IPIPE 來(lái)處理。
在resizer 的模塊里面，也有SRC_HPS，SRC_VPS，SRC_HSZ 和SRC_VSZ 可以配置resizer處理的圖像的區(qū)域。如果IPIPE 的輸出到resizer 已經(jīng)是需要處理的區(qū)域，那SRC_HPS，SRC_VPS 就可以配置為0，而resizer 的SRC_HSZ，SRC_VSZ 等于IPIPE 的SRC_HSZ，SRC_VSZ。如果ISIF 的輸出是通過(guò)IPIPEIF 直接到resizer（沒(méi)有經(jīng)過(guò)IPIPE），resizer 的SRC_HPS，SRC_VPS 就不能配置為0 了，需要用戶根據(jù)需要處理的圖像合理的配置resizer 的SRC_HPS，SRC_VPS 寄存器。
2.2.3 RAW 數(shù)據(jù)和YUV 數(shù)據(jù)的匹配
在連續(xù)模式下，用戶同時(shí)獲得resizer 輸出的YUV 和ISIF 輸出的RAW，時(shí)常有用戶發(fā)現(xiàn)自己保存的RAW 數(shù)據(jù)和Resizer 輸出的YUV 數(shù)據(jù)不匹配，有一定的偏移。這種問(wèn)題的原因是IPIPE，Resizer 里面的SRC_HPS，SRC_VPS，SRC_HSZ 和SRC_VSZ 和ISIF 里面的寫(xiě)入DDR 時(shí)候配置的偏移和大小不匹配。IPIPE/Resizer 和ISIF 的寄存器本身是沒(méi)有直接關(guān)系的，這就需要用戶將它們一一對(duì)應(yīng)，匹配起來(lái)。例如ISIF 輸出的數(shù)據(jù)輸入給IPIPE，為了讓RAW 和YUV 匹配，需要ISIF 的SPH 等于IPIPE 的SRC_HPS，ISIF 的SLV0/1 等于IPIPE 的SRC_VPS，ISIF 的LNH 等于IPIPE 的SRC_ HSZ，ISIF 的LNV 等于IPIPE 的SRC_ VSZ。而Resizer 的SRC_HPS，SRC_VPS 需要配置為0，而resizer 的SRC_HSZ，SRC_VSZ 要等于IPIPE 的SRC_HSZ，SRC_VSZ。
在單次模式下，也就是數(shù)據(jù)通路ISIF->DDR->IPIPEIF->IPIPE（Resizer），由于IPIPE 的輸入是DDR 上的RAW 數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)的獲取已經(jīng)在ISIF 輸出到DDR 配置里面實(shí)現(xiàn)了，IPIPE 里面的處理數(shù)據(jù)的起始位置就可以是（0，0）了。
這樣無(wú)論是在連續(xù)模式還是在單次模式下，RAW 數(shù)據(jù)和RAW 輸出轉(zhuǎn)換出的YUV 數(shù)據(jù)就可以完全匹配了。
