导言
跟着图画传感器、DSP及核算机技术的快速开展，图画监控体系现已被人们用于日子、工业操控、科学研究等各个领域，因而图画信息的收集得到了广泛的运用。依据对磁悬浮试验线通讯基站体系确诊的需求，规划了图画信息收集及其紧缩传输的子体系，将基站的图画监控信息作为整个体系确诊数据的一部分实时地传回操控室。鉴于传输带宽有限以及原始图画数据的冗余性，对原始图画数据进行紧缩处理。因为图画的突变性较大，在操控紧缩率时选用了PID操控算法。在接纳终端对紧缩后的数据进行解码处理，就能够得到实时的监控图画。
1 体系原理及结构
该体系作为整个磁悬浮试验线通讯基站确诊体系的一部分，体系的结构图如图1所示。
OV7670收集到的图画信息经过ADV611紧缩处理后，由FPGA经过低电压差分信号(LVDS)将紧缩后的数据传输到板卡的操控模块，由操控模块将包含监控图画数据在内的确诊数据组帧后传输到操控中心。OV7670图画传感器是OmniVision公司出产的CMOS图画传感器，其体积小，作业电压低，内部集成了感光矩阵、模拟信号处理器、数字信号处理器、DSP处理器、寄存器操控接口以及印象处理单元。它首要具有以下特色：
①内部有用感光阵列为640×480，最大帧率为30 fps。
②规范的SCCB接口，兼容I2C总线接口。
③支撑RawRGB/GRB4：2：2、RGB565/555/444、YUV4：2：2和YCbCr4：2：2等多种输出格局。
④50/60 Hz自动检测。
OV7670内部供给很多的操控寄存器，经过SCCB总线装备寄存器就能够输出不同的图画格局。
图画紧缩模块选用的是ADI公司推出的依据小波改换的ADV611图画解紧缩编码CMOS芯片，它能够对契合CCIR-601格局的数字图画进行从视觉元损紧缩到高达7500：1紧缩宽和紧缩。首要特色如下：
①可编程的操控“质量窗”(Quality Box)。
②准确的紧缩比操控。
③单场独立紧缩。
④集成DARM接口操控器。
芯片集成无缝视频和主机接口，内置片内SRAM，能以较少的器材完成合适各种运用的体系级解决计划。
2 体系规划
2.1 图画收集模块规划
SCCB总线是OmniVision公司推出的串行摄像头操控总线(Serial Camera Control Bus)，兼容I2C总线接口，最高传输速率可达400 Kb/s，OV7670内部寄存器的装备和图画数据的输入与输出是经过SCCB总线交流的，SCCB总线的时序图如图2所示。
SCCB总线由片选信号线SCCB_E、时钟信号线SIO_C和数据信号线SIO_D构成。在与主设备数据交流进程中，当SIO_C是高电平时，SCCB_E从高电平向低电平切换时表明数据传输开端，SCCB_E线由低电平向高电平切换时表明数据传输中止。发送到SIO_D线上的每个字节有必要为8位，每次传输能够发送的字节数量不受约束，首要传输的是数据的最高位MSB，每个字节后有必要跟一个呼应位ACK。SCCB总线的操控功用完全是由SIO_C、SIO_D两条总线上电平的状况以及两者之间的相互配合完成的，其进程如图3所示。
OV7670支撑两种地址格局：从设备地址ID—Ad—dress，包含读地址和写地址，其间地址的高7位用来选中从设备，最低位是读写操控位(R/W)，低电平表明发送数据，高电平表明读数据;内部寄存器地址Sub—Address，用于履行对寄存器单元进行操作，支撑地址单元接连的多字节次序读写操作。对OV7670的寄存器的写操作由三部分构成，先写设备地址，再写寄存器地址，最终向指定寄存器写数据，即ID-Address+SUB-Address+W-Data。OV7670的设备地址为0x42，最终一位用来判别读写，即读的时分为0x43。顺次发送ID-Address+SUB-Ad-dress+W-Data。读操作时，需求先发送从设备地址和寄存器地址，然后再次发送从设备地址，读取指定寄存器的数据，即{ID-Address+SUB-Address}+{ID-Address+R-Data)。在体系中，运用Verilog言语完成SCCB总线协议，Modelsim中的仿真成果如图4所示。
由图4可知，在SIOC为高，SIOD拉低时，数据传输开端，SIOD线在SIOC线上的时钟的效果下，开端传输数据。由图4可知，第一个传输的字节位为0x42(01000010)，即OV7670的设备地址，紧接着是一个从设备呼应信号ACK。
2.2 图画紧缩模块规划
ADV611首要由质量窗操控模块、小波滤波器组、游程编码和Huffman编码、I/O接口以及DRAM操控器组成。紧缩编码时，从它的数字视频接口接纳原始的OV76708位的数字图画信号，经帧抽取和小波改换后得到一系列不同标准、不同方向的42个块信号(Mallat Block)，再经过游程编码和哈夫曼编码取得紧缩数据，送入集成于片内的512×32位巨细的FIFO缓冲区，一旦FIFO的数据量到达主机在寄存器里的预设值时，ADV611就宣布中断请求信号，从它与主处理器的接口输出紧缩数据比特流，解码时是相反的进程。ADV611内部原理框图如图5所示。
当图画从一幅简略的图画切换到含有丰厚高频细节的杂乱图画时，图画紧缩后比特率就会产生很大的改变。为了取得稳定的紧缩码率，ADV611在图画紧缩方面选用了自适应的量化计划。一般情况下，人眼对图画的高频部分的敏感度没有对低频部分的敏感度高，所以ADV611对经过小波改换后得到的42个Block，依据每个Block对图画的重要性不同，采纳不同的量化带宽/量化系数BW(解码是为RBW)，即对不同的寄存器自适应地输入恰当的量化系数，然后经过编码紧缩得到比较稳定的码流。关于每一场图画，ADV611都要单独地核算其量化系数，但因为前后两场图画的相关性较大，ADV611是将前一场图画的核算信息传送到与之相连的FPGA来核算本场图画的量化系数。ADV611输出的前一场图画的核算信息包含：
①各个Mallat子块数据的平方和;
②Y、Cb、Cr各个重量的和;
③Y、Cb、Cr各个重量的最大值和最小值;
④前一场图画紧缩后的数据巨细。
ADV611核算量化系数的流程如图6所示。
其间R0，R1为传输信道所答应的最小和最大比特率，紧缩份额Sk为每个Block的量化系数，最小值为0，最大值为1，BW(bn)为每个Block的量化系数。在核算Sk时，选用了PID操控算法：
Sk=Err×Kp+Err_int×Ki+Err_dir×Kd (1)
式中，Err为体系实践输出与方针输出的误差;Kp是份额系数，成份额地反映操控体系的误差信号;Ki是积分系数，用于消除静差，进步体系的无差度;Kd为微分系数，反映误差信号的改变速率。PID操控将体系误差经过线性组合构成操控量，对被控目标进行操控。由式(1)能够得到每个Block的紧缩份额Sk，依据紧缩系数经过公式(2)和(3)就能够核算每个Block的量化系数：
结语
本文介绍了依据OV7670和ADV611对磁悬浮试验线通讯基站的实时图画监控体系的规划，并对SCCB总线协议的完成和图画紧缩算法进行了剖析。试验成果表明，解压后图画的失真度与紧缩比成负相关，这是因为图画紧缩时对图画进行帧抽取和量化系数的切断所带来的。
