计算机工程
COMPUTER ENGINEERING 
1999年 第25卷 第5期 Vol.25 No.5 1999



CMOS数字摄象IC及其在视频图象采集中的应用
秦石乔 王省书 何焰兰 刘邦模
摘要 详细介绍了一种只有集成电路大小的CMOS彩色数字摄象集成电路的内部结构，特点及其在视频图象采集，处理等方面的应用，并给出一种通过USB接口将数字图象送入微机中的应用实例。
关键词 数字摄象 图像处理 CMOS
CMOS Color Digital Videl Image IC and Its Application on Video Image Processing
Qin Shiqiao Wang Shengshu He Yanlan Liu Bangmo
（Applied Phisics Department，National University of Defense Technology Changsha 410073）
[Abstract] A kind of a CMOS color digital video image IC is introduced in detail，and some examples of typical application are also given in the essay to show the advantages of the IC。
[Key words] Digital video image；Image processing；CMOS
　　视频图象的采集和处理在现代多媒体技术中占有极其重要的地位。众所周知，视频图象数字化后数据量非常庞大，对如此大量高速的数据进行实时处理是计算机应用领域中技术难度最大的部分，如何实现视频图象的高保真数字化并且采取科学合理的方法实现数据的压缩和传输是该领域中必须解决的首要问题。视频图象采集目前一般是采用CCD摄象机再通过视霸卡或实时图象采集 (压缩) 卡对视频图象进行采集 (或压缩后) 送入计算机中进行处理。采用这种方法时，由于摄象机的输出已转换成模拟NTSC或PAL制式并以SVideo或混合视频信号方式输出，且 CCD 摄象机的象素点在输出时序上很难与采集卡的采样点一一对应，因此视频图象数字化后图象质量损失较大，图象分辩率上限受制式所限制。另外，这种方法存在系统成本高、结构复杂等局限性，不便于推广和普及应用。为此，本文特介绍一种最新数字图象技术：CMOS彩色数字摄象集成电路 (CMOS color digital video image IC) 。 
1 CMOS 数字摄象IC的内部结构
　　与模拟CCD摄象机相比，CMOS数字摄象IC的特征是将 CCD 摄象机和相应的视频AD转换及视频输出电路集成在一个IC芯片上，从而在实现高保真数字图象的前提下显著地降低成本和体积。以美国 Omni Vision 公司的OV7610CMOS 彩色数字摄象 IC为例，其内部 结构如图1所示。640× 480的CCD 阵列扫描输出原始的 R、G、B彩色图象信号，经模拟处理电路进行曝光、校正、白电平调整等处理后根据输出要求还可转换成 YUV 等多种信号输出形式，其模拟视频信号经两路8位视频 AD 转换后由视频接口输出16位的 YUV 或RGB 4:2:2 格式的标准数字视频图象信号。OV7610 的视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和象素时钟等多种内部时钟信号，I2C接口使外部CPU通过I2C总线控制 OV7610 的各种工作状态、工作方式、数据输出格式和读取内部状态信息等。OV7610为标准48脚PLCC封装，其引脚定义及外型如图2所示。 

图1 OV7610 内部结构图

图2 OV7610 外型及引脚定义 
2 CMOS数字摄象IC的特点 
　　CMOS 数字摄象 IC 因将 CCD 和视频 AD 转换及相应的时序电路集成在一个 IC 上，具有体积小、成本低、数字图象质量高、控制功能强、使用灵活方便等许多特点，除此之外，以 OV7610 为例，它还具有如下显著特点： 
　　(1) 640× 480的标准 VGA 图象分辩率，且输出高保真的数字化图象； 
　　(2) 可逐行扫描或隔行扫描输出； 
　　(3) 输出视频数据格式可为 YCrCb 4：2 ：2 、 GRB 4 ：2 ：2或RGB原始数据； 
　　(4) 可输出标准NTSC或PAL制式时序； 
　　(5) 通过I2C总线可灵活实现对 OV7610 各种工作模式的程控； 
　　(6) 1～500倍的自动曝光范围； 
　　(7) 自动增益和白电平平衡控制； 
　　(8) 能进行亮度、对比度、饱和度、∨较正等多种调校功能； 
　　(9) 输出窗口可从4 × 4～640× 480 之间任意调整 (电子变焦) ； 
　　(10) 可输出单帧图象或单行图象； 
　　(11)  单5V供电，工作功耗<200mW ，待机功耗<100μW 。 
3 CMOS数字摄象IC的应用 
　　CMOS数字摄象IC以其独有的特点在视频图象捕获和数字化领域、视频会议、可视电话、视频电子邮件、静止图象识别、多媒体应用、光学图象捕获和处理等许多领域有着广泛的应用前景和潜力，使构成的应用系统具有简捷、小巧、低成本等特点。 
　　因CMOS数字摄象IC输出的是已经数字化的标准视频图象信号，构成应用系统时只需增加适当的接口电路和视频图象处理识别部分，而后者一般用计算机来实现，因此构成实际应用系统时，往往只需少量的接口电路即可。在不额外增加计算机成本的前提下，将数字图象送入计算机中的最好方法是通过现成的USB接口( 最高可达12Mb/s)或ECP并口 ( 最高可达2MB/s) 。为了将大量的实时视频图象数据通过USB或ECP送入计算机中处理，接口电路一般还应具有一定能力的实时图象压缩功能。 
　　以OV7610 数字摄象IC为例，可采用与之配套的芯片OV511实现将数字视频图象直接通过USB接口送入 PC 中进行处理，其相应的电路结构如图3所示。OV511 是一个专用的数字摄象IC到 USB 的接口芯片，内含数字摄象IC接口、DRAM接口、实时图象压缩引擎、USB接口、I2C接口、FIFO等功能，外面仅加一片 256×16 的 DRAM 和一片 USB 收发器即可构成一个完整的视频图象采集电路。若将 OV511 改成 MPEG 实时图象压缩处理芯片，如 ADV611 并加 USB 或 ECP 接口电路，则可构成 MPEG 实时图象捕获和处理电路，以应用于多媒体系统、会议电视和网上可视电话。

图3 数字摄象IC的USB接口电路结构
　　因此，用 CMOS 数字摄象 IC 构成的视频图象捕获和处理电路不仅具有图象质量高、图象分辩率高、接口电路简单等显著特点，而且系统成本很低，体积很小，可做成手持式或便携移动式图象处理设备，具有广泛的应用和研究价值。 
作者简介：秦石乔 男，36岁，教授，主要从事光电工程，计算机应用和智能仪器方面的应用研究。
作者单位：国防科技大学二系列化 长沙 410073
参考文献 
1 OV7610 CMOS Color Digital Image IC.Omni Visio Technolog-ies，Inc.http://www,ovt.com 
2 OV511 Advanced Camera to USB Bridge.Omni Vision Tech-nologies,Inc.http://www.ovt.com 
收稿日期：1999-01-30
