攝像頭接口分類及基礎知識

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上一、Camera 工作原理介紹1 結構 2 工作原理外部光線穿過 lens 后， 經過 color filter 濾波后照射到 Sensor 面上， Sensor 將從 lens 上傳導過來的光線轉換為電信號，再通過內部的 AD 轉換為數字信號。如果 Sensor 沒有集 成 DSP，則通過 DVP 的方式傳輸到 baseband，此時的數據格式是 RAW DATA。如果集成 了 DSP， RAW DATA 數據經過 AWB、 則 color matrix、 lens shading、 gamma、 sharpness、 AE 和 de-noise 處理，后

2、輸出 YUV 或者 RGB 格式的數據。最后會由 CPU 送到 framebuffer 中進行顯示，這樣我們就看到 camera 拍攝到的景象 了。3 YUV 與 YCbCr 一般來說，camera 主要是由 lens 和 sensor IC 兩部分組成，其中有的 sensor IC 集成 了 DSP，有的沒有集成，但也需要外部 DSP 處理。細分的來講，camera 設備由下邊幾部 分構成： 1） lens（鏡頭） 一般 camera 的鏡頭結構是有幾片透鏡組成，分有塑膠透鏡（Plastic)和玻璃透 鏡(Glass) ，通常鏡頭結構有：1P,2P,1G1P,1

3、G3P,2G2P,4G 等。 2） sensor（圖像傳感器） Senor 是一種半導體芯片，有兩種類型：CCD（Charge Coupled Device）即電荷耦合器件的縮寫 和 CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）互補金屬氧化物半導體。Sensor 將從 lens 上傳導過來的光線轉換為電信號， 再通過內部的 AD 轉換為數字信號。 由于 Sensor 的每個 pixel 只能感光 R 光或者 B 光或者 G 光， 因此每個像素此時存貯的是單色的， 我們稱之為 RAW DATA 數據。 要想將每個像素的 RAW DAT

4、A 數據還原成三基色，就需要 ISP 來處理。 注：    CCD傳感器，電荷信號先傳送，后放大，再A/D，成像質量靈敏度高、分辨率好、噪聲小；處理速度慢；造價高，工藝復雜。    CMOS傳感器，電荷信號先放大，后A/D，再傳送；成像質量靈敏度低、噪聲明顯；處理速度快；造價低，工藝簡單。3）ISP（圖像信號處理） 主要完成數字圖像的處理工作，把 sensor 采集到的原始數據轉換為顯示支持 的格式。 4）CAMIF（camera 控制器） 芯片上的 camera 接口電路，對設備進行控制，接收 sensor 采集

5、的數據交給 CPU，并送入 LCD 進行顯示。YUV 和 RGB 一樣，是色彩空間中常用的色彩模型之一，兩者可以相互轉換。YUV 中 得 Y 表示亮度，U 和 V 表示色度。與 RGB 相比，它的優(yōu)點在于占用更少的空間。 YCbCr 則是在世界數字組織視頻標準研制過程中作為 ITU - R BT601 建議的一部分, 其實是 YUV 經過縮放和偏移的翻版。 其中 Y 與 YUV 中的 Y 含義一致, Cb , Cr 同樣都指色 彩, 只是在表示方法上不同而已。在 YUV 家族中, YCbCr 是在計算機系統(tǒng)中應用最多的成 員, 其應用領域很廣泛,JPEG、 MPEG 均采用此格式。 一般人們所

6、講的 YUV 大多是指 YCbCr。 YCbCr 有許多取樣格式, 如 444 , 422 , 411 和 420。二、攝像頭接口分類常見類型有MIPI、DVP和usb接口接口     DVP總線PCLK極限大約在96M左右，而且走線長度不能過長，所有DVP最大速率最好控制在72M以下，故PCB layout會較好畫。MIPI總線速率隨便就幾百M，而且是lvds接口耦合，走線必須差分等長，并且注意保護，故對PCB走線以及阻抗控制要求高一點。一般而言，96M pclk是DVP的極限，曾經在一個team做多攝相頭的圖象采集設備，DVP總線連接。幾個

7、不懂技術的一直push我說是硬件走線干擾啊，拘泥糾纏在什么I2C這種低速控制信號受干擾，還搞了好幾天看示波器，被煩的不行，我用一個晚上時間改驅動降低PCLK降楨率搞定。1）DVP是并口，需要PCLK、VSYNC、HSYNC、D0：11可以是8/10/12bit數據，看ISP或baseband是否支持；MIPI是LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號），低壓差分串口。只需要要CLKP/N、DATAP/N最大支持4-lane，一般2-lane可以搞定。2）MIPI接口比DVP的接口信號線少，由于是低壓差分信號，產生的干擾小，抗干擾能力也強。最

8、重要的是DVP接口在信號完整性方面受限制，速率也受限制。500W還可以勉強用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。/*/注（液晶屏接口類型）：Mipi 接口 和 LVDS 接口主要區(qū)別（這里是液晶屏接口類型）： 1. LVDS接口只用于傳輸視頻數據，MIPI DSI不僅能夠傳輸視頻數據，還能傳輸控制指令； 2. LVDS接口主要是將RGB TTL信號按照SPWG/JEIDA格式轉換成LVDS信號進行傳輸，MIPI DSI接口則按照特定的握手順序和指令規(guī)則傳輸屏幕控制所需的視頻數據和控制數據。液晶屏有RGB TTL、LVDS、MIPI DSI接口，這些接口區(qū)別于信號的類型

9、（種類），也區(qū)別于信號內容。 RGB TTL接口信號類型是TTL電平，信號的內容是RGB666或者RGB888還有行場同步和時鐘； LVDS接口信號類型是LVDS信號（低電壓差分對），信號的內容是RGB數據還有行場同步和時鐘； MIPI DSI接口信號類型是LVDS信號，信號的內容是視頻流數據和控制指令。/*/串口信號：串行接口（Serial Interface）是指數據一位位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。串行接口，一條信息的各位數據被逐位按順序傳送的

10、通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點是：數據位傳送，傳按位順序進行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米；根據信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。串行通訊的特點是：位的傳送，按位順序進行。并口信號：    并行接口，指采用并行傳輸方式來傳輸數據的接口標準。從最簡單的一個并行數據寄存器或專用接口集成電路芯片如8255、6820等，一直至較復雜的SCSI或IDE并行接口，種類有數十種。一個并行接口的接口特性可以從兩個方面加以描述：1. 以并行方式傳輸的數據通道的寬度，也稱接口傳輸的位數；

11、2. 用于協調并行數據傳輸的額外接口控制線或稱交互信號的特性。 數據的寬度可以從1128位或者更寬，最常用的是8位，可通過接口一次傳送8個數據位。在計算機領域最常用的并行接口是通常所說的LPT接口。就是8個車道同一時刻能傳送8位（一個字節(jié)）數據。    并不是說并口快，由于8位通道之間的互相干擾（串擾），傳輸時速度就受到了限制，傳輸容易出錯。串口沒有互相干擾。差分信號：（差模信號：雙端輸入時，兩個信號的相位相差180度）所謂差分方式傳輸，就是發(fā)送端在兩條信號線上傳輸的幅值是相等的，相位是相反的電信號，如下圖所示：     而

12、對于接收端，將會對接收的兩條信號做 減法運算，這樣就獲得了幅值翻倍的信號，其抗干擾原理是：假如兩條信號都收到同樣的（同向、等幅度）的干擾信號，由于接收端是懟接收的兩條線信號進行減法處理，因此干擾信號會被基本抵消。也就是說，一個差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但是它卻能夠對一個高達幾伏特的共模信號無動于衷。    那么怎么樣才能保證兩條信號線受到的干擾信號盡量是同相、等幅呢？辦法之一就是要將那兩根線扭在一起，也就是所謂的“雙絞線”，因為有一個電磁學定理：可以近似的認為雙絞線收到的干擾信號是同相、等幅度的，所以差分信號在信號傳輸中用的比較多，也就有原因了。因為抗干擾性

13、強。    對于 PCB 工程師來說，最關注的還是如何確保在實際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢。也許只要是接觸過 Layout 的人都會了解差分走線的一般要求，那就是“等長、等距”。等長是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性，減少共模分量；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射?！氨M量靠近原則”有時候也是差分走線的要求之一。三、MIPI聯盟的MIPI DSI規(guī)范MIPI（移動行業(yè)處理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的縮寫。1、名詞解釋 DCS (Displ

14、ayCommandSet)：DCS是一個標準化的命令集，用于命令模式的顯示模組。 DSI, CSI (DisplaySerialInterface, CameraSerialInterface） DSI 定義了一個位于處理器和顯示模組之間的高速串行接口。 CSI 定義了一個位于處理器和攝像模組之間的高速串行接口。 D-PHY：提供DSI和CSI的物理層定義 2、DSI分層結構DSI分四層，對應D-PHY、DSI、DCS規(guī)范、分層結構圖如下： PHY 定義了傳輸媒介，輸入/輸出電路和和時鐘和信號機制。 Lane Management層：發(fā)送和收集數據流到每條lane

15、。 Low Level Protocol層：定義了如何組幀和解析以及錯誤檢測等。 Application層：描述高層編碼和解析數據流。3、Command和Video模式 DSI兼容的外設支持Command或Video操作模式，用哪個模式由外設的構架決定 Command模式是指采用發(fā)送命令和數據到具有顯示緩存的控制器。主機通過命令間接的控制外設。Command模式采用雙向接口 Video模式是指從主機傳輸到外設采用時實象素流。這種模式只能以高速傳輸。為減少復雜性和節(jié)約成本，只采用Video模式的系統(tǒng)可能只有一個單向數據路徑  

16、四、D-PHY介紹1、 D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代價的PHY。 一個 PHY配置包括    一個時鐘lane    一個或多個數據lane 兩個Lane的 PHY配置如下圖 三個主要的lane的類型   單向時鐘Lane   單向數據Lane   雙向數據Lane D-PHY的傳輸模式   低功耗（Low-Power）信號模式（用于控制）：10MHz (max)   高

17、速（High-Speed）信號模式（用于高速數據傳輸）：80Mbps 1Gbps/Lane D-PHY低層協議規(guī)定最小數據單位是一個字節(jié)   發(fā)送數據時必須低位在前，高位在后 D-PHY適用于移動應用   DSI：顯示串行接口    一個時鐘lane，一個或多個數據lane    CSI：攝像串行接口2、Lane模塊 PHY由D-PHY(Lane模塊)組成 D-PHY可能包含：   低功耗發(fā)送器（LP-TX）    

18、低功耗接收器（LP-RX）   高速發(fā)送器（HS-TX）     高速接收器（HS-RX）   低功耗競爭檢測器（LP-CD） 三個主要lane類型   單向時鐘Lane     Master：HS-TX, LP-TX     Slave：HS-RX, LP-RX   單向數據Lane     Master：HS-TX, LP-TX &#

19、160;   Slave：HS-RX, LP-RX   雙向數據Lane     Master, Slave：HS-TX, LP-TX, HS-RX, LP-RX, LP-CD3、Lane狀態(tài)和電壓   Lane狀態(tài)      LP-00, LP-01, LP-10, LP-11 (單端)     HS-0, HS-1 (差分)   Lane電壓（典型） &

20、#160;    LP：0-1.2V     HS：100-300mV (200mV)4、操作模式    數據Lane的三種操作模式      Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode  從控制模式的停止狀態(tài)開始的可能事件有：     Escape mode request (LP-11LP-10LP-00LP-01LP

21、-00)    High-Speed mode request (LP-11LP-01LP-00)    Turnaround request (LP-11LP-10LP-00LP-10LP-00)   Escape mode是數據Lane在LP狀態(tài)下的一種特殊操作     在這種模式下，可以進入一些額外的功能：LPDT, ULPS, Trigger    數據Lane進入Escape mode模式通過LP-11LP-10LP-00LP

22、-01LP-00    一旦進入Escape mode模式，發(fā)送端必須發(fā)送1個8-bit的命令來響應請求的動作     Escape mode 使用Spaced-One-Hot Encoding  超低功耗狀態(tài)（Ultra-Low Power State）    這個狀態(tài)下，lines處于空狀態(tài) (LP-00)   時鐘Lane的超低功耗狀態(tài)    時鐘Lane通過LP-11LP-10LP-00進入ULPS狀態(tài)

23、60;   通過LP-10 TWAKEUP LP-11退出這種狀態(tài)，最小TWAKEUP時間為1ms   高速數據傳輸    發(fā)送高速串行數據的行為稱為高速數據傳輸或觸發(fā)（burst）    全部Lanes門同步開始，結束的時間可能不同。    時鐘應該處于高速模式   各模操作式下的傳輸過程    進入Escape模式的過程 ：LP-11LP-10LP-00LP-01LP-00Entry Code

24、 LPD (10MHz)    退出Escape模式的過程：LP-10LP-11    進入高速模式的過程：LP-11LP-01LP-00SoT() HSD (80Mbps 1Gbps)    退出高速模式的過程：EoTLP-11    控制模式 - BTA 傳輸過程：LP-11LP-10LP-00LP-10LP-00    控制模式 - BTA 接收過程：LP-00LP-10LP-11   狀態(tài)轉換關系圖 

25、; 五、DSI介紹1、DSI是一種Lane可擴展的接口，1個時鐘Lane/1-4個數據Lane   DSI兼容的外設支持1個或2個基本的操作模式：    Command Mode（類似于MPU接口）    Video Mode（類似于RGB接口）- 必須用高速模式傳輸數據，支持3種格式的數據傳輸       Non-Burst 同步脈沖模式      Non-Burst 同步事件模式      B

26、urst模式   傳輸模式：    高速信號模式（High-Speed signaling mode）    低功耗信號模式（Low-Power signaling mode） - 只使用數據lane 0（時鐘是由DP，DN異或而來）。   幀類型    短幀：4 bytes (固定)    長幀：665541 bytes (可變)   兩個數據Lane高速傳輸示例2、短幀結構 

27、;  幀頭部（4個字節(jié)）    數據標識(DI) 1個字節(jié)    幀數據- 2個字節(jié) （長度固定為2個字節(jié)）     錯誤檢測(ECC) 1個字節(jié)   幀大小    長度固定為4個字節(jié)3、長幀結構   幀頭部（4個字節(jié)）    數據標識(DI) 1個字節(jié)    數據計數- 2個字節(jié) （數據填充的個數）    錯誤檢測(ECC) 1個字節(jié)  數據填