2023年12月20日发(作者：仍悦可)
第３４卷第３期 ２０１２年６月 探测与控制学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．３４ ＮＯ．３ Ｊｕｎ．２０１２ 基于闪存卡的视频图像数据存储方法 王露露，王 利，胡增康 （中北大学机电工程学院，山西太原０３００５１） 摘 要：针对视频图像数据存储采用外扩ＸＤＲＡＭ存在着数据存储容量小，数据存储速率低的缺点，提出了 基于闪存卡的视频图像数据存储方法。视频数据存储中采用ＳＤ卡取代了普通的外扩ＸＤＲＡＭ，利用汇编语言 对ＳＤ卡写多块操作函数进行了程序优化。实验表明：ＳＤ卡的视频图像数据存储速率有了很大提高，数据存储 速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，系统可以满足低速微型飞行器侦察任务对图像数据存储速率的要求。 关键词：图像处理；视频图像存储；ＳＤ卡 中图分类号：ＴＰ２１２文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—１１９４（２０１２）０３—００５７—０４ Ｖｉｄｅｏ Ｉｍａｇｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ Ｆｌａｓｈ Ｃａｒｄ ＷＡＮＧ Ｌｕｌｕ。ＷＡＮＧ Ｌｉ。ＨＵ Ｚｅｎｇｋａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＣ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔＯ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｗ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ。Ｖｉｄｅｏ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ａｄｏｐｔｅｄ ＳＤ ｃａｒｄ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ＸＤＲＡＭ．Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌａｎｇｕａｇｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｂｌｏｃｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＳＤ ｃａｒｄ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＤ ｃａｒｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ３．９ ４ ＭＢ／ｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｍｉｃｒｏ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｉｍａｇｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ；ＳＤ ｃａｒｄ ０ 引言 １视频图像系统简介 视频图像采集系统是多媒体信息处理、视频监 １．１传统视频图像采集系统 控等系统的前端子系统，视频图像采集系统的实现 是进行数字图像处理、多媒体和网络传输的前提。 传统的视频图像采集系统如图１所示。 目前国内外的研究主要集中于图像采集系统采集速 度的提高、新算法的研究以及算法的优化等方面［１］， 对于大容量视频图像数据存储的研究较少。 在视频图像存储技术领域，普通的外扩 ＸＤＲＡＭ存储容量小，存储数据的速率较慢，占用Ｉ／ Ｏ端口太多，影响视频系统整体的传输速率。因此， 文中提出了基于闪存卡的视频图像数据存储方法。 其工作原理：视频图像采集端为ＣＣＤ相机，控 制芯片将采集到的视频图像数据存储到与控制芯片 图１传统视频图像系统原理图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ＊收稿日期：２０１１－１２—３０ 修回日期：２０１２—０２—２４ 作者简介：王露露（１９８６一），女，山西霍州人，硕士研究生，研究方向：机电系统控制技术。Ｅ－ｍａｉｌ：４６４３５４６８２＠ｑｑ．ｔｏｍ。
５８ 探测与控制学报 相连接的外扩ＸＤＲＡＭ，视频图像数据经过计算机 １．４ ＳＤ卡 处理后显示出来。 １．２数字图像传感器 ＳＤ卡（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ）是一种基 于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它广泛地 （ＰＤＡ）和多媒体播放器等。 ＳＤ卡由日本松下、东芝及美国ＳａｎＤｉｓｋ公司于 １９９９年８月共同开发研制。大小犹如一张邮票的 随着ＣＭＯＳ工业的发展，近几年来数字图像传 使用在便携式装置上，例如数码相机、个人数码助理 感器得到迅速的发展。数字图像传感器在片内对信 号进行数字化，即在片内集成ＡＤＣ。 ＯＶ７６７０是ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ公司生产的１／６英寸， ３０万像素低功耗ＣＭＯＳ彩色图像传感器，提供单片 ＳＤ记忆卡，重量只有２ ｇ，但却拥有高记忆容量、快 ＶＧＡ摄像头和影像处理器的所有功能。该产品 速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全 ＶＧＡ图像最高达到３０帧／ｓ，用户可以完全控制图 性嘲。像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能 ＳＤ卡的出现提供了一个便宜的、结实的、卡片 过程可以通过ＳＣＣＢ总线进行内部寄存器编程控 式的存储媒介，容量从１６ ＭＢ到最高３２ ＧＢ不等， 可为众多应用提供充足的外部存储空间＿６ ］。 制，ＳＣＣＢ总线与Ｉ Ｃ总线兼容［２。。］。 １．３高速单片机 随着单片机在各领域全面深入地发展与应用，出 ２基于闪存卡的视频数据存储 现了高速、大寻址范围、运算能力强的高速单片机。 Ｃ８０５１Ｆ３４０是ＣＹＧＮＡＬ公司生产的完全集成 ２．１视频图像采集系统 的混合信号片上系统型ＭＣＵ，其资源丰富，外围电 视频图像采集系统由图像数据采集模块与图像 路非常简单，兼容性好。其主要特点为：１）高速、流 数据存储模块两大部分组成。其包括：１）０Ｖ７６７０ 水线结构的８０５１兼容的微控制器内核，速度最高可 ＣＭＯＳ图像传感器；２）ＦＩＦＯ缓存ＡＬ４２２Ｂ数据存 达４８ ＭＩＰＳ；２）硬件实现增强型ＳＰＩ串行接口；３）４ 储器；３）Ｃ８０５１Ｆ单片机；４）ＳＤ卡；５）ＴＦＴ液晶。系 个通用的１６位定时器；４）多达４０个端口Ｉ／Ｏ；５）具 统原理框图如图２所示。 有５个捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编 程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）＿４］。 图２系统原理框图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ 图１与图２经过比较分析可知：采用传统的视 频图像采集系统有三大不足：１）ＣＣＤ光敏阵列难 文中采用Ｃ８０５１Ｆ单片机为核心处理器控制 ＯＶ７６７０数字图像传感器对视频图像数据进行采 集，使用ＳＤ卡对视频数据进行存储，视频数据的存 储速率有了极大的提高。 ２．２视频数据存储的硬件改进 与驱动电路及信号处理电路单片集成，并且ＣＣＤ阵 列驱动脉冲复杂，需要使用相对高的电压；２）视频图 像数据的存储由于使用传统的外扩ＸＲＡＭ，存储数 据的速度较慢，其占用的Ｉ／Ｏ端口太多，浪费Ｉ／Ｏ 端口资源，影响整个系统的传输速率；３）传统的视频 数据显示通过计算机显示，很难脱机进行视频图像 数据处理，显示结构庞大，携带非常不方便。 在视频图像采集系统中，图像数据量庞大，图像 数据采样速率很快，这就必须利用高速的存储器件 对采集的图像数据进行存储。因此，文中选取ＳＤ 卡对视频图像数据进行存储。ＳＤ卡的存储有ＳＰＩ 和ＳＤ两种工作模式，相对于ＳＤ模式，ＳＰＩ模式可 以简化主体，降低成本设计，Ｃ８０５１Ｆ３４０单片机具有 基于上述分析，传统视频图像采集系统不能满 足多媒体信息处理、视频监控等场合的应用。因此，
６Ｏ 探测与控制学报 系统中ＯＶ７６７０的外部时钟选择１６ ＭＨｚ的有 源晶振，根据图４可以知道，ＸＣＬＫ时钟与ＰＣＬＫ 命令，且使用汇编语言对多块写操作进行编程，ＳＤ 卡的存储速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，ＳＤ卡实际的存 储速率达到了数据存储模块的设计要求。 同步为１６ ＭＨｚ，信号时序正确。在图５中，当 ＨＲＥＦ为低电平期间，ＶＳＹＮＣ高电平持续３００ ｓ 后，变为低电平时一帧图像开始，由于ＶＳＹＮＣ脉宽 持续时间很短，图像采集时采取检测ＶｓＹＮＣ信号 由低电平到高电平的变化开始一帧图像数据的采 集。以上两幅图的时序关系说明ＯＶ７６７０正常工 作，可以采集到正确的图像数据。 图６和图７是使用Ｃ语言和汇编语言对ＳＤ卡 的多块写ＣＭＤ２５命令进行软件编程，分别写入 ３０ ０００个扇区所用的时间，实验结果通过串口助手 显示。 ０１ ｌｌ ２ｌ ｏ０ ｅｌ ＩＤ怕∞Ｏ１ １Ｂ住∞０ｌ １Ｅ１９∞９ｌ ｌＤ ｓＴ ００ Ｏｌ ｌｌ ３Ｔ ０ｌ ｌ虽∞∞Ｏ１ ｌＤ ｓＢ∞０ｌ １Ｅ１Ｆ∞Ｏ１ １Ｄ ∞Ｏｌ ｌＤ ｓ５ ００ ０ｌ ｌＥ ２８ ０Ｉ ｌＤ ８ｌ ｏｏ Ｏｌ ｌＤ ４Ｆ∞Ｏｉ ｌＥｌ＾０ｏ ０ｌ １Ｄ ５Ｔ ００ ０ｉ ｌＤ ８ｃ加０ｌ ｌｌ ０ｌ ０ｌ ｌＤ鞠００ ０ｌ ＩＥ ２＾∞Ｏｌ ｌＤ ３ｃ ００ ０ｉ ｌｌｔ鼋００ ０ｌ ｌＥ ２ｃ∞０ｌ １Ｄ ３２ ０ｌ １Ⅱ邬∞叭ｌＥ ｉＣ∞ｅｌ ｌＤ ５ｃ ００ ０ｌ ｌＢ ５８ ００ ０１ １Ｅ １Ｄ∞ＢＪ １Ｂ＾Ｔ 图６使用ｃ语言ＣＭＤ２５命令ｓＤ卡写入时间 Ｆｉｇ．６ ＳＤ ｃａｒｄ ｗｒｉｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｃ 黼 ∞０ｏ∞ｏ ７Ｉ∞∞∞Ｉ柏ｏＤ∞Ｔ ‘．盯∞∞牾ｌＦ∞∞丁５ ｌ２ ∞∞７００∞¨盯∞０Ｉ＂∞∞Ｔ０ Ｔ‘Ｉ４虾∞０ｏ ００∞Ｔｏ Ｔ５ｓ ２ｌ 豢 赢门 ｏ壤雌丽 ∞００。∞ Ｉ柏∞∞Ｔ。∞０ 晓∞∞幅ｌ Ｔ４ ５｜∞∞ ０５∞∞∞ ３２∞∞Ｔ３∞∞ ｔ．劬∞０Ｉ∞０ｒ∞∞ ２ｏ¨．０ ７４疆∞００∞∞ ２Ｉ∞∞ 铘∞∞Ｔ０丁ｓ ２ｌ∞ｏｉ ００ ００Ｈ” ０ｔ‘ｌ．４０圳 姗矗 葭＿－ 俸止位陌—ｊ ｌ鬻 开 图７使用汇编ＣＭＤ２５命令ＳＤ卡写入时间 Ｆｉｇ．７ ＳＤ ｃａｒｄ ｗｒｉｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＳＭ 如图６所示，Ｃ语言编程ＳＤ卡写入时间为： ０１１Ｅ２４Ｈ，０１１Ｄ４９Ｈ，０１１Ｄ７２Ｈ，选取一个中间值 ０１１Ｄ５５Ｈ＝７３ ０４５ ｍｓ，则可算出向ＳＤ卡存储数据 的速率为：３０ ０００×５１２×８１（７３ ０４５×１０ ×１ ０２４ ×１ ０２４）一１．６ ＭＢ／ｓ。 如图７所示，汇编语言编程ＳＤ卡写人时间为： ７４Ｂ８Ｈ，７４４ＦＨ，７５１２Ｈ，选取时间７４４ＦＨ一２９ ７７５ ｍｓ，可算出Ｃ８０５１Ｆ３４０单片机向ＳＤ卡存储数据的 速率为：３０ ０００×５１２×８／（２９ ７７５×１０一。×１ ０２４× １ ０２４）一３．９４ ＭＢ／ｓ。 基于上述分析可知，ＳＤ卡采用多块写ＣＭＤ２５ ４ 结论 本文提出了基于闪存卡的视频图像数据存 储方法。视频数据存储模块中用ＳＤ卡替代了普 通的外扩ＸＤＲＡＭ，利用汇编语言对ＳＤ卡多块 写操作命令进行了程序优化。实验表明：ＳＤ卡 的视频图像数据存储速率有了很大的提高，数据 存储速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，系统可以满足低 速微型飞行器侦察任务对图像数据存储速率的 要求。ＳＤ卡的存储中没有涉及到文件系统，在 ＰＣ机上只能看见图像数据的编码，下一步工作 是将图像数据以ｂｍｐ文件的格式存入ＳＤ卡，在 ＰＣ上直观的查看存储的图像数据。 参考文献： Ｅｌｉ郭祥东．基于ＦＰＧＡ的视频图像采集系统的设计ＥＪ］．九 江学院学报，２００９，１５５（６）：１５—１９． ＧＵＯ Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｃａｐｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｕ Ｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，１５５（６）： １５—１９． ｒ２］ＯＶ７６７Ｏ／ＯＶ７１７１ ＣＭＯＳ ＶＧ（６４０×４８０ ＣＡＭＥＲＡ— ＣＨＩＰＴＭ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ＯｍｎｉＰｉｘｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＯｍｎｉＶｉ— ｓｉｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ Ｖｅｒ— ｓｉｏｎ １．４ＥＺ］．ＵＳＡ：ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２００６． Ｅ３］乔永征，梁志毅．基于ＯＶ７６７０和ＦＰＧＡ的图像采集系统 设计Ｉ－Ｊ－Ｉ．计算机测量与控制，２００９，１７（９）：１ ８５７—１ ８５９． ＱＩＡＯ Ｙｏｎｇｚｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｚｈｉｙｉ．Ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓ— ｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＶ７６７Ｏ ａｎｄ ＦＰＧＡ口］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅ— ｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００９，１７（９）：１ ８５７—１ ８５９． ｒ４］Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．Ｃ８０５１Ｆ３４ ｘｄａｔａ ｓｈｅｅｔ【ＤＢｌ／０Ｌ ｌ ［－２０１２—０１—２２］．ｈｔｔｐ ｜｜ ．ｓｉｌａ－ｂｓ ｃｏｍ．Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ０． Ｅ５３窦振中．基于单片机的嵌入式系统工程设计［Ｍ］．北京： 中国电力出版社，２００８． ［６］何立明．单片机应用技术选编［Ｍ］．北京：北京航空航天 大学出版社，１９９７． Ｅ７］谢瑞和．串行技术大全［Ｍ］．北京：清华大学出版社， ２００３．
2023年12月20日发(作者：仍悦可)
第３４卷第３期 ２０１２年６月 探测与控制学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．３４ ＮＯ．３ Ｊｕｎ．２０１２ 基于闪存卡的视频图像数据存储方法 王露露，王 利，胡增康 （中北大学机电工程学院，山西太原０３００５１） 摘 要：针对视频图像数据存储采用外扩ＸＤＲＡＭ存在着数据存储容量小，数据存储速率低的缺点，提出了 基于闪存卡的视频图像数据存储方法。视频数据存储中采用ＳＤ卡取代了普通的外扩ＸＤＲＡＭ，利用汇编语言 对ＳＤ卡写多块操作函数进行了程序优化。实验表明：ＳＤ卡的视频图像数据存储速率有了很大提高，数据存储 速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，系统可以满足低速微型飞行器侦察任务对图像数据存储速率的要求。 关键词：图像处理；视频图像存储；ＳＤ卡 中图分类号：ＴＰ２１２文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—１１９４（２０１２）０３—００５７—０４ Ｖｉｄｅｏ Ｉｍａｇｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ Ｆｌａｓｈ Ｃａｒｄ ＷＡＮＧ Ｌｕｌｕ。ＷＡＮＧ Ｌｉ。ＨＵ Ｚｅｎｇｋａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＣ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔＯ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｗ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ。Ｖｉｄｅｏ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ａｄｏｐｔｅｄ ＳＤ ｃａｒｄ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ＸＤＲＡＭ．Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌａｎｇｕａｇｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｂｌｏｃｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＳＤ ｃａｒｄ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＤ ｃａｒｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ３．９ ４ ＭＢ／ｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｒａｔｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｍｉｃｒｏ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｉｍａｇｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ；ＳＤ ｃａｒｄ ０ 引言 １视频图像系统简介 视频图像采集系统是多媒体信息处理、视频监 １．１传统视频图像采集系统 控等系统的前端子系统，视频图像采集系统的实现 是进行数字图像处理、多媒体和网络传输的前提。 传统的视频图像采集系统如图１所示。 目前国内外的研究主要集中于图像采集系统采集速 度的提高、新算法的研究以及算法的优化等方面［１］， 对于大容量视频图像数据存储的研究较少。 在视频图像存储技术领域，普通的外扩 ＸＤＲＡＭ存储容量小，存储数据的速率较慢，占用Ｉ／ Ｏ端口太多，影响视频系统整体的传输速率。因此， 文中提出了基于闪存卡的视频图像数据存储方法。 其工作原理：视频图像采集端为ＣＣＤ相机，控 制芯片将采集到的视频图像数据存储到与控制芯片 图１传统视频图像系统原理图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ＊收稿日期：２０１１－１２—３０ 修回日期：２０１２—０２—２４ 作者简介：王露露（１９８６一），女，山西霍州人，硕士研究生，研究方向：机电系统控制技术。Ｅ－ｍａｉｌ：４６４３５４６８２＠ｑｑ．ｔｏｍ。
５８ 探测与控制学报 相连接的外扩ＸＤＲＡＭ，视频图像数据经过计算机 １．４ ＳＤ卡 处理后显示出来。 １．２数字图像传感器 ＳＤ卡（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ）是一种基 于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它广泛地 （ＰＤＡ）和多媒体播放器等。 ＳＤ卡由日本松下、东芝及美国ＳａｎＤｉｓｋ公司于 １９９９年８月共同开发研制。大小犹如一张邮票的 随着ＣＭＯＳ工业的发展，近几年来数字图像传 使用在便携式装置上，例如数码相机、个人数码助理 感器得到迅速的发展。数字图像传感器在片内对信 号进行数字化，即在片内集成ＡＤＣ。 ＯＶ７６７０是ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ公司生产的１／６英寸， ３０万像素低功耗ＣＭＯＳ彩色图像传感器，提供单片 ＳＤ记忆卡，重量只有２ ｇ，但却拥有高记忆容量、快 ＶＧＡ摄像头和影像处理器的所有功能。该产品 速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全 ＶＧＡ图像最高达到３０帧／ｓ，用户可以完全控制图 性嘲。像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能 ＳＤ卡的出现提供了一个便宜的、结实的、卡片 过程可以通过ＳＣＣＢ总线进行内部寄存器编程控 式的存储媒介，容量从１６ ＭＢ到最高３２ ＧＢ不等， 可为众多应用提供充足的外部存储空间＿６ ］。 制，ＳＣＣＢ总线与Ｉ Ｃ总线兼容［２。。］。 １．３高速单片机 随着单片机在各领域全面深入地发展与应用，出 ２基于闪存卡的视频数据存储 现了高速、大寻址范围、运算能力强的高速单片机。 Ｃ８０５１Ｆ３４０是ＣＹＧＮＡＬ公司生产的完全集成 ２．１视频图像采集系统 的混合信号片上系统型ＭＣＵ，其资源丰富，外围电 视频图像采集系统由图像数据采集模块与图像 路非常简单，兼容性好。其主要特点为：１）高速、流 数据存储模块两大部分组成。其包括：１）０Ｖ７６７０ 水线结构的８０５１兼容的微控制器内核，速度最高可 ＣＭＯＳ图像传感器；２）ＦＩＦＯ缓存ＡＬ４２２Ｂ数据存 达４８ ＭＩＰＳ；２）硬件实现增强型ＳＰＩ串行接口；３）４ 储器；３）Ｃ８０５１Ｆ单片机；４）ＳＤ卡；５）ＴＦＴ液晶。系 个通用的１６位定时器；４）多达４０个端口Ｉ／Ｏ；５）具 统原理框图如图２所示。 有５个捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编 程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）＿４］。 图２系统原理框图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ 图１与图２经过比较分析可知：采用传统的视 频图像采集系统有三大不足：１）ＣＣＤ光敏阵列难 文中采用Ｃ８０５１Ｆ单片机为核心处理器控制 ＯＶ７６７０数字图像传感器对视频图像数据进行采 集，使用ＳＤ卡对视频数据进行存储，视频数据的存 储速率有了极大的提高。 ２．２视频数据存储的硬件改进 与驱动电路及信号处理电路单片集成，并且ＣＣＤ阵 列驱动脉冲复杂，需要使用相对高的电压；２）视频图 像数据的存储由于使用传统的外扩ＸＲＡＭ，存储数 据的速度较慢，其占用的Ｉ／Ｏ端口太多，浪费Ｉ／Ｏ 端口资源，影响整个系统的传输速率；３）传统的视频 数据显示通过计算机显示，很难脱机进行视频图像 数据处理，显示结构庞大，携带非常不方便。 在视频图像采集系统中，图像数据量庞大，图像 数据采样速率很快，这就必须利用高速的存储器件 对采集的图像数据进行存储。因此，文中选取ＳＤ 卡对视频图像数据进行存储。ＳＤ卡的存储有ＳＰＩ 和ＳＤ两种工作模式，相对于ＳＤ模式，ＳＰＩ模式可 以简化主体，降低成本设计，Ｃ８０５１Ｆ３４０单片机具有 基于上述分析，传统视频图像采集系统不能满 足多媒体信息处理、视频监控等场合的应用。因此，
６Ｏ 探测与控制学报 系统中ＯＶ７６７０的外部时钟选择１６ ＭＨｚ的有 源晶振，根据图４可以知道，ＸＣＬＫ时钟与ＰＣＬＫ 命令，且使用汇编语言对多块写操作进行编程，ＳＤ 卡的存储速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，ＳＤ卡实际的存 储速率达到了数据存储模块的设计要求。 同步为１６ ＭＨｚ，信号时序正确。在图５中，当 ＨＲＥＦ为低电平期间，ＶＳＹＮＣ高电平持续３００ ｓ 后，变为低电平时一帧图像开始，由于ＶＳＹＮＣ脉宽 持续时间很短，图像采集时采取检测ＶｓＹＮＣ信号 由低电平到高电平的变化开始一帧图像数据的采 集。以上两幅图的时序关系说明ＯＶ７６７０正常工 作，可以采集到正确的图像数据。 图６和图７是使用Ｃ语言和汇编语言对ＳＤ卡 的多块写ＣＭＤ２５命令进行软件编程，分别写入 ３０ ０００个扇区所用的时间，实验结果通过串口助手 显示。 ０１ ｌｌ ２ｌ ｏ０ ｅｌ ＩＤ怕∞Ｏ１ １Ｂ住∞０ｌ １Ｅ１９∞９ｌ ｌＤ ｓＴ ００ Ｏｌ ｌｌ ３Ｔ ０ｌ ｌ虽∞∞Ｏ１ ｌＤ ｓＢ∞０ｌ １Ｅ１Ｆ∞Ｏ１ １Ｄ ∞Ｏｌ ｌＤ ｓ５ ００ ０ｌ ｌＥ ２８ ０Ｉ ｌＤ ８ｌ ｏｏ Ｏｌ ｌＤ ４Ｆ∞Ｏｉ ｌＥｌ＾０ｏ ０ｌ １Ｄ ５Ｔ ００ ０ｉ ｌＤ ８ｃ加０ｌ ｌｌ ０ｌ ０ｌ ｌＤ鞠００ ０ｌ ＩＥ ２＾∞Ｏｌ ｌＤ ３ｃ ００ ０ｉ ｌｌｔ鼋００ ０ｌ ｌＥ ２ｃ∞０ｌ １Ｄ ３２ ０ｌ １Ⅱ邬∞叭ｌＥ ｉＣ∞ｅｌ ｌＤ ５ｃ ００ ０ｌ ｌＢ ５８ ００ ０１ １Ｅ １Ｄ∞ＢＪ １Ｂ＾Ｔ 图６使用ｃ语言ＣＭＤ２５命令ｓＤ卡写入时间 Ｆｉｇ．６ ＳＤ ｃａｒｄ ｗｒｉｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｃ 黼 ∞０ｏ∞ｏ ７Ｉ∞∞∞Ｉ柏ｏＤ∞Ｔ ‘．盯∞∞牾ｌＦ∞∞丁５ ｌ２ ∞∞７００∞¨盯∞０Ｉ＂∞∞Ｔ０ Ｔ‘Ｉ４虾∞０ｏ ００∞Ｔｏ Ｔ５ｓ ２ｌ 豢 赢门 ｏ壤雌丽 ∞００。∞ Ｉ柏∞∞Ｔ。∞０ 晓∞∞幅ｌ Ｔ４ ５｜∞∞ ０５∞∞∞ ３２∞∞Ｔ３∞∞ ｔ．劬∞０Ｉ∞０ｒ∞∞ ２ｏ¨．０ ７４疆∞００∞∞ ２Ｉ∞∞ 铘∞∞Ｔ０丁ｓ ２ｌ∞ｏｉ ００ ００Ｈ” ０ｔ‘ｌ．４０圳 姗矗 葭＿－ 俸止位陌—ｊ ｌ鬻 开 图７使用汇编ＣＭＤ２５命令ＳＤ卡写入时间 Ｆｉｇ．７ ＳＤ ｃａｒｄ ｗｒｉｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＳＭ 如图６所示，Ｃ语言编程ＳＤ卡写入时间为： ０１１Ｅ２４Ｈ，０１１Ｄ４９Ｈ，０１１Ｄ７２Ｈ，选取一个中间值 ０１１Ｄ５５Ｈ＝７３ ０４５ ｍｓ，则可算出向ＳＤ卡存储数据 的速率为：３０ ０００×５１２×８１（７３ ０４５×１０ ×１ ０２４ ×１ ０２４）一１．６ ＭＢ／ｓ。 如图７所示，汇编语言编程ＳＤ卡写人时间为： ７４Ｂ８Ｈ，７４４ＦＨ，７５１２Ｈ，选取时间７４４ＦＨ一２９ ７７５ ｍｓ，可算出Ｃ８０５１Ｆ３４０单片机向ＳＤ卡存储数据的 速率为：３０ ０００×５１２×８／（２９ ７７５×１０一。×１ ０２４× １ ０２４）一３．９４ ＭＢ／ｓ。 基于上述分析可知，ＳＤ卡采用多块写ＣＭＤ２５ ４ 结论 本文提出了基于闪存卡的视频图像数据存 储方法。视频数据存储模块中用ＳＤ卡替代了普 通的外扩ＸＤＲＡＭ，利用汇编语言对ＳＤ卡多块 写操作命令进行了程序优化。实验表明：ＳＤ卡 的视频图像数据存储速率有了很大的提高，数据 存储速率最高可达３．９４ ＭＢ／ｓ，系统可以满足低 速微型飞行器侦察任务对图像数据存储速率的 要求。ＳＤ卡的存储中没有涉及到文件系统，在 ＰＣ机上只能看见图像数据的编码，下一步工作 是将图像数据以ｂｍｐ文件的格式存入ＳＤ卡，在 ＰＣ上直观的查看存储的图像数据。 参考文献： Ｅｌｉ郭祥东．基于ＦＰＧＡ的视频图像采集系统的设计ＥＪ］．九 江学院学报，２００９，１５５（６）：１５—１９． ＧＵＯ Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｃａｐｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｕ Ｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，１５５（６）： １５—１９． ｒ２］ＯＶ７６７Ｏ／ＯＶ７１７１ ＣＭＯＳ ＶＧ（６４０×４８０ ＣＡＭＥＲＡ— ＣＨＩＰＴＭ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ＯｍｎｉＰｉｘｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＯｍｎｉＶｉ— ｓｉｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ Ｖｅｒ— ｓｉｏｎ １．４ＥＺ］．ＵＳＡ：ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２００６． Ｅ３］乔永征，梁志毅．基于ＯＶ７６７０和ＦＰＧＡ的图像采集系统 设计Ｉ－Ｊ－Ｉ．计算机测量与控制，２００９，１７（９）：１ ８５７—１ ８５９． ＱＩＡＯ Ｙｏｎｇｚｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｚｈｉｙｉ．Ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓ— ｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＶ７６７Ｏ ａｎｄ ＦＰＧＡ口］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅ— ｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００９，１７（９）：１ ８５７—１ ８５９． ｒ４］Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．Ｃ８０５１Ｆ３４ ｘｄａｔａ ｓｈｅｅｔ【ＤＢｌ／０Ｌ ｌ ［－２０１２—０１—２２］．ｈｔｔｐ ｜｜ ．ｓｉｌａ－ｂｓ ｃｏｍ．Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ０． Ｅ５３窦振中．基于单片机的嵌入式系统工程设计［Ｍ］．北京： 中国电力出版社，２００８． ［６］何立明．单片机应用技术选编［Ｍ］．北京：北京航空航天 大学出版社，１９９７． Ｅ７］谢瑞和．串行技术大全［Ｍ］．北京：清华大学出版社， ２００３．