摘要：主要论述利用usb2.0单片机接口技术实现高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）全数字图像的实时采集、传输的原理、方法和系统实现，以及相应的固件程序设计。

关键词：usb2.0 接口技术 数字图像 单片机

引言

传统的方法是用视频采集卡（如1394）对视频信号进行采集，利用相应的软件传给pc机，既不方便，也不经济。本文介绍一种利用cypress公司2002年发布的世界上第一块带 有usb2.0接口的芯片cy7c68013与pc机（主板为支持usb2.0的华硕主板pb533）实现了高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）、全数字图像的实时采集系统。

1 数字图像的实时采集原理

数字图像的实时采集原理如图1所示。在图1中，以omnivision technologies公司的ov7620/7120芯片作为图像采集芯片，其主要特点是该芯片可提供0.5～30帧/s，640×480像素点阵cmos的彩色或黑白数字图像，工作频率为27mhz，像素时钟为27mhz；以cypress公司的cy7c68013作为cpu控制和usb2.0接口芯片，该芯片的主要特点是在一块芯片上集成了usb2.0内核和引擎、一个增强型51系列的微处理器，及可编程外围接口的芯片，提供了高效率的时序解决方案，在这种有独创性的结构下，仍然使用低价位的51系列的微处理器，其数据传输速度可以达到56mb/s，可以提供usb2.0的最大带宽。因此在图1中，cpu控制和usb2.0接口芯片选择了上述芯片。图像芯片（ov7620/7120）所采集的图像数据按设定的频率（0.5～30帧/s），在cy7c68013内部51cpu的控制下，直接将其送到cy7c68013的fifo缓冲区，再由其内部的usb2.0接口通过usb电缆将其图像数据传输到计算机。

2 数字图像的实时传输

为了实现数字图像的实时传输，必须解决影响实时传输的几大因素：一是图像芯片采集速度；二是图像芯片与cy7c68013的fifo缓冲区之间的传输速度；三是cy7c68013内部的usb2.0与带有usb2.0接口计算机之间的传输速度；四是计算机中应用软件的接收图像、处理图像速度。以下将分别加以具体说明。

（1）图像芯片采集速度

图像芯片采集速度是选择图像芯片的关键指标，在该指标满足的前提下，选取图像分辨率相对较高的图像芯片。如可以选取photobit公司的pb-0300或omnivision公司的ov7620以及philips公司的saa7111等高分辨率图像采集及处理芯片。

（2）图像芯片与cy7c68013的传输速度

一般的，对于大多数cmos数字图像采集和处理芯片，其数据传输速度为其像素时钟，与其工作频率基本一致，其周期小于40ns；而当cy7c68013工作在主频48mhz时，其内部的通用编程接口可以将外部5～48mhz的数据传输到内部fifo缓冲区。可见，应选取像素数据传输速度合适的图像采集及处理芯片。

（3）cy7c68013与计算机之间的传输速度

在usb1.0和usb1.1接口中，只支持低速和全速两种传输方式。在低速方式下其最大传输速度为1.5mbps；在全速方式下其最大传输速度为12mbps。显然，在这两种方式下要完成高分辨率（640×480像素点阵以上）的数字图像实时传输（24帧/s以上）是不可能的。而usb2.0接口，除支持低速和全速两种传输方式外，还支持高速传输方式。在高速传输方式下，其最大传输速度为480mbps。因此选取带有usb2.0内核的cy7c68013芯片作为usb2.0接口芯片及带有usb2.0接口的计算机，满足数字图像的实时传输速度要求。

（4）计算机中应用软件的处理速度

计算机中，应用软件的接收图像、处理图像速度，也是完成高分辨率数字图像实时传输所面临的一个很大挑战。特别是在windows多任务作业下的延迟，更是如此。

此外，usb总线的带宽、操作系统等也会影响数字图像的实时传输。

3 系统实现及固件程序设计

（1）系统实现

本系统的具体和详细设计如图2所示的数据采集逻辑原理图。在图2中，图像采集处理芯片用ov7620/