由于圖像采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量大肥卡，帶寬要求高冒衍，以往的圖像采集系統(tǒng)通常使用PCI總線實現(xiàn)肩卡。但是計算機本身配置的PCI接口數(shù)量非常有限塑渤，而且拆裝PCI接口設備需要打開機箱巢的，一般操作人員并不具備這樣的能力，導致系統(tǒng)應用受到限制饱舆。USB(通用串行總線)接口列可以完全解決以上難題嘴符。首先，USB2．0接口的速度已經(jīng)達到480Mbps稻蒂，完全可以滿足圖像采集系統(tǒng)對速度的要求蒿荤。另外，USB接口是真正支持即插即用秒牙，且允許熱插撥的接口禾绊，所以目前大量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都選擇使用USB2．0接口實現(xiàn)。
　　本文利用SAA7113H實現(xiàn)模擬視頻信號解碼攻臀，并借助EZ-USB FX2單片機CY7C68013將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)直接通過USB2．0接口傳輸?shù)接嬎銠C焕数，通過PC機程序實現(xiàn)圖像的無損采集，大大簡化了采集卡的硬件設計，降低了采集卡硬件要求堡赔，有效降低了圖像采集卡的成本砌些。

1 系統(tǒng)硬件設計
　　系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。系統(tǒng)主要由視頻解碼芯片SAA7113H加匈、USB控制芯片CY7C68013和一塊容量為1 kB的24C01EEPROM芯片組成存璃。

1．1 視頻解碼芯片—SAA7113H
　　SAA7113H是飛利浦公司出品的一款視頻解碼芯片，它的作用是將輸入的模擬視頻信號解碼為標準的8位VPO數(shù)字信號雕拼。它可以輸入4路模擬視頻信號纵东，通過I2C總線對內(nèi)部寄存器的不同配置可以對4路復合視頻輸入進行轉換，改變亮度啥寇、對比度等參數(shù)偎球。SAA7113H兼容PAL、NTSC等多種制式辑甜，可以自動檢測場頻衰絮，可以在PAL、NTSC之間自動切換控制蝎业。SAA7113H解碼后輸出的是標準的YUV 4：2：2格式數(shù)字信號增珠。
1．2 USB控制芯片——CY7C68013A
　　CYTC68013A(EZ—USB FX2)是Cypress半導體公司推出的一款USB2．0芯片，它內(nèi)部集成了增強的8051內(nèi)核捣卵，支持最大48 MHz的時鐘頻率弓并，在相同時鐘頻率下，F(xiàn)X2的平均指令執(zhí)行速度可達到標準8051的2．5倍借陕。CY7C68013芯片內(nèi)部集成了一個與8051內(nèi)核相對獨立的SIE(串行接口引擎)远丸，在不需要8051內(nèi)核參與的情況下，通過USB端口和外部邏輯共享FIFO的方式册安，實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)與USB端口的數(shù)據(jù)交換喜毅，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋蓪崿F(xiàn)的最大速度為480Mbps烫奏。
1．3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
　　硬件連接方面苇皂，利用CY7C68013的I2C端口連接24C01，以便在系統(tǒng)上電后提取24C01中的信息铲瞎，實現(xiàn)設備枚舉拳喘，下載相應固件。利用CY7C 68013模擬I2C端口連接SAA7113H颤绕，對其內(nèi)部寄存器進行配置幸海，實現(xiàn)解碼芯片初始化操作。CY7C68013工作在Slave FIFO(從屬的FIFO)模式奥务，將SAA7113H的VPO數(shù)據(jù)總線直接連接到CY7C68013的FD總線物独，使用CY7C68013的IOAO端口檢測數(shù)字視頻的場標志信號袜硫，用于實現(xiàn)幀同步。將CY7C68 013的SLWR*(從屬寫)信號量為有效挡篓，SLRD(從屬讀)和SLOE(輸出有效)置為無效婉陷，由SAA7113H通過自身輸出的27MHz同步時鐘將數(shù)字視頻信號以同步方式直接寫入CY7C68013內(nèi)部的FIFO，再通過SIE將FIFO中的數(shù)據(jù)以高速方式直接傳送到PC機官研，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集秽澳。

2 系統(tǒng)軟件設計
　　系統(tǒng)軟件設計主要包括固件程序設計、驅動程序設計和PC機采集程序3大部分戏羽。

2．1 固件程序設計
　　固件程序流程圖如圖2所示担神。該固件在采集卡上電后初始化CY7C68013，使其工作在Slave FIFO模式始花，設置總線位數(shù)為8位入驮，以便接收SM7113H的8位數(shù)字視頻信號。將EP2端點設置為批量AUTO IN傳輸方式茴辈，512字節(jié)4倍FIFO緩沖抚送。一次最大傳輸數(shù)據(jù)包大小為512字節(jié)。利用SAA7113H的時鐘信號實現(xiàn)同步從屬FIFO寫數(shù)據(jù)绎噩。

　　通過模擬的I2C端口初始化SAA7113H帕卦，使其能夠接收CCD攝像機的模擬視頻信號，以標準的ITU656格式輸出棺玫，并設置RSTO輸出奇偶場標志盏拐，然后等待上位機的開始采集命令待插。
　　在收到PC機開始圖像采集命令后竭撇，固件程序首先通過IOAO端口檢查SAA7113H的奇偶場信號。如果外部模擬視頻信號源未連接捷妥，該信號將一直維持高電平你义。固件在一段時間等待并確認外部視頻信號未連接的情況下，向PC機回傳設備尚未準備好的信息摩潮，否則一直清空FIFO况既，將FIFO中已有效據(jù)清除，直到奇場信號到來组民，固件回送設備準備好信息給PC棒仍，以實現(xiàn)視頻圖像幀同步采集。圖像數(shù)據(jù)傳輸過程將由SIE完全控制臭胜，固件不參與傳輸操作莫其。
2. 2 驅動程序設計
　　Cypress開發(fā)包中提供了一個通用驅動程序，即cyUSB．sys耸三，該驅動程序符合Windows硬件質量實驗室WHQL標準乱陡，系統(tǒng)直接使用該驅動程序實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集浇揩。由于CY7C68013采用的是軟配置的方案，芯片中并沒有提供用于永久存放固件程序的存儲器憨颠，固件程序需要在每次上電后通過外部存儲器加載或從PC機下載到內(nèi)部RAM中胳徽。驅動程序主要實現(xiàn)固件程序的裝載功能，以便系統(tǒng)上電后爽彤，可以自動從PC機下載固件到CY7C68013养盗，然后使用通用驅動程序完成采集卡的設備重枚舉。
　　在Cypress提供的開發(fā)包中包含了一個固件下載驅動模板适篙，即EZ-Loader Driver牡科。系統(tǒng)固件下載驅動主要依賴它來實現(xiàn)。具體的步驟為：
1)利用hex2c．exe將Intel HEX格式文件轉換成C代碼數(shù)組师莫。
2)將所有的EZ-Loader Driver文件連同子文件復制到一個新建的目錄中桂喂。并利用第一步得到的C代碼數(shù)組替換EZ-Loader Driver中firmwa re．c中的數(shù)組。
3)在WindowsXP DDK中使用build命令在新建目錄中創(chuàng)建固件下載驅動程序狮消。
4)改寫驅動安裝信息文件成揍。
2．3 PC機采集程序
　　PC機采集程序用Visual Studio．net 2003調(diào)用CyAPI函數(shù)庫實現(xiàn)。為提高圖片采集速度搪古，程序使用兩個線程分別實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集和圖像甄別和處理冻款。程序總流程圖如圖3所示。

　　每次啟動采集程序時赁霉，系統(tǒng)通過創(chuàng)建USBDeviee實例獲得設備句柄筝赶，并嘗試打開USB設備。當點擊程序界面開始采集按鈕后谬碱，程序通過USB控制端點發(fā)送一個開始采集信號舰桑，并要求采集卡回傳一個設備狀態(tài)信號。如果設備提示無模擬視頻信號連接蠢挡，則提示用戶連接弧岳。如果設備準備好，則開始接收圖像數(shù)據(jù)业踏。
　　由于USB主控制器工作于Slave FIFO模式禽炬，采集卡上傳到上位機的數(shù)據(jù)量固定為27MB／S，如果上位機沒能及時接收數(shù)據(jù)必然會導致圖像數(shù)據(jù)丟失勤家，所以程序中使用一個線程(線程1)以異步方式做圖像數(shù)據(jù)接收腹尖，實際效果非常好。線程1主要代碼如下：

　　SAA7113H輸出的是隔行視頻信號伐脖，每秒25幀圖像热幔，一幀圖像需要分兩次傳輸，先傳輸全部奇場(奇數(shù)行)數(shù)據(jù)晓殊，然后傳輸全部偶場(偶數(shù)行)數(shù)據(jù)断凶，采集卡中將SAA7113H的輸出設置為標準YUV4：2：2數(shù)據(jù)伤提，分辨率為720x576。系統(tǒng)將所有的解碼數(shù)據(jù)不做任何處理直接傳送到PC機认烁，數(shù)據(jù)格式如圖4所示肿男。其中，“80 10…”為消隱數(shù)據(jù)来鸟≡碇荩“FF 00 00 SAV”為一行數(shù)據(jù)塊的開始標志，作為奇場有效行甲祖，SAV的值為8X劈产，作為偶場有效行，該值為CX鞍伟】ㄤ蹋“FF 00 00 EAV”為一行數(shù)據(jù)塊結束標志，作為奇場有效行結束秀吧，EAV的值為9X皱耗，作為偶場有效行結束，該值為DX醒腹。作為720像素的YUV4：2：2數(shù)據(jù)极棵，每行一共有720x2=1 440個字節(jié)，PC程序需要從所有的數(shù)據(jù)中找出每一行中有效的1 440個字節(jié)數(shù)據(jù)漆暑，并按照實際行順序將奇場行相偶場行數(shù)據(jù)重新組合嗤详，轉換成RGB24位像素點并最終寫入BMP文件，實現(xiàn)圖像的采集瓷炮、顯示和保存葱色。

　　數(shù)據(jù)查找及重組過程中，PC程序會根據(jù)YUV4：2：2數(shù)據(jù)格式做數(shù)據(jù)塊判別崭别，如果發(fā)現(xiàn)有出錯數(shù)據(jù)程序會做自動拋棄處理冬筒，在對采集數(shù)據(jù)要求非常嚴格及單張采集間隔時間較長的場合，程序將發(fā)送重新采集信號給采集卡茅主，再一次采集。系統(tǒng)實際使用過程中發(fā)現(xiàn)土榴，數(shù)據(jù)出錯情況很少出現(xiàn)诀姚，且重發(fā)請求后可以得到正確數(shù)據(jù)。

3 結論
　　利用本方案設計的圖像采集卡可以實現(xiàn)圖像的連續(xù)采集玷禽，并最終以bmp圖像格式保存赫段，采集速率每秒最大25幀，適用于所有支持PAL模擬視頻格式的攝像機及監(jiān)控攝像頭的圖像無損采集矢赁，具有成本低糯笙、圖像清晰等特點贬丛，在光學顯微鏡序列切片圖像采集系統(tǒng)中得到了很好的應用。另外夯铡，系統(tǒng)經(jīng)過簡單修改后也可實現(xiàn)4個復合視頻源輸入的分時采集功能坊秉。

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