基于UVC协议的4K智能摄像头

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2024年1月15日发(作者：)

Design& Application电子产品世界�$设计应用消费类电子基于UVC协议的4K智能摄像头4K AI camera based on UVC protocol张治军 （深圳康佳电子科技有限公司，广东深圳 518057）摘 要：本文设计了一款基于UVC协议的4K智能摄像头，主控采用瑞芯微RV1126，传感器采用思特威SC8238。摄像头通过USB接口直连电视，实现4K高清呈现。支持UVC协议，具有行人追踪功能。关键词：4K；智能摄像头；UVC协议；行人追踪0 引言随着4K电视的普及和家庭视频会议、家庭娱乐健身的需求，本文开发了一款基于UVC（USB视频类，USB Video Class）协议的4K智能摄像头，通过USB连接线直连4K电视，即可实现摄像头到电视端到端的4K超清呈现，如图1。4K摄像头1 硬件设计系统主控采用瑞芯微RV1126，传感器采用思特威SC8238。摄像头通过传感器采集图像信息，通过MIPI信号将采集的图像信息传送到主控，主控对图像进行编解码后通过USB接口将图像信息发送给电视，电视显示传感器采集的图像信息，从而实现摄像头到电视端4K超清呈现，摄像头视频信号流，如图2。1.1

RV1126介绍RV1126支持4K（3 840×2 160）H.265 30 fps视频编

USB连接线码，四核Arm Cortex-A7架构，内部集成了2.0 Tops的

NPU，NPU支持INT8/INT16混合操作，可以很容易在TensorFlow、MXNet、PyTorch、Caffe之间转换。RV1126

每个核里面都包含一个32 KB I-cache、32 KB D-cache和共用二级缓存512 KB。芯片内容集成了HDR（高动态范围成像，High Dynamic Range Imaging）、3A功能（AE、AF、AWB）、LSC、3DNR、2DNR、锐化，dehaze、鱼眼校正、gamma校正、特征点检测等算法加速器。芯片集成了MIPI（移动产业处理器接口，Mobile Industry

Processor Interface）接口，通过MIPI信号和传感器直连。4K电视图1 摄像头应用系统框图本文开发的基于UVC协议的4K智能摄像头操作简单，携带方便，价格便宜，具有良好的应用与发展前景。本文重点介绍摄像头硬件主要电路开发和UVC协议的实现。Sensor采集图像主控编解码USB接口UVC协议电视/笔记本图像显示图2 摄像头视频信号流60ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2022.7

esign & Application设计应用消费类电子电子产品世界1.2

SC8238介绍差分时钟信号末端串联一个49.9 Ω的端接电阻；DDR4思特威SC8238最高支持4K（3 840×2 160）的传组内的不同信号线之间的间距、组间两相邻信号线之输速率，是一款业界领先的数字CMOS（互补金属氧化间的间距均要使用“3W”原则；单线特征阻抗控制在物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor）50 Ω±10%，差分对阻抗控制100 Ω±10%。PLL电源图像传感器，它输出的是raw格式图像，有效像素为包括PLL_AVDD_0V8和PLL_AVDD_1V8两个，必须3 872×2 180，可以通过标准的I2C（集成电路互连通信单独供电，并分别使用1个耦合电容放在相对应的管脚电路，Inter-Integrated Circuit）接口读写寄存器。它采靠近，这样在DDR工作在高频时，可以提高系统的稳用了1.5 μm背照式像素技能，在相同产品中灵敏度在定性。内核电源电压是0.8 V，必须使用单独的DC-DC1 160 mV/Lux·s时功耗最低。供电，且供电能力不能小于1 A。NPU电源电压是0.8 V，1.3

硬件设计必须使用单独的DC-DC供电，且供电能力不能小于硬件电路主要包括电源模块、时钟复位电路、主2 A。芯片USB控制器使用200 Ω精度为1%的参考电阻，控、传感器、USB（通用串行总线，Universal Serial

这个电阻影响USB眼图质量，因本设计是使用USB传Bus）、DDR（双倍速率，Double Data Rate）和Flash等，输视频流的，所以这个电阻非常关键；USB的信号线上硬件电路框图如图3。要分别放一个静电防护器件，该器件的寄生电容要不大FLASHDDR4于1 pF,ESD PCB布局时器件要尽可能靠近USB。思特威传感器芯片SC8238包括DOVDD（1.8 V）、AVDD（2.8 V）和DVDD（1.2 V）三路电源，滤波电容必须靠近引脚放置；在4K帧率时，DVDD必须设计USB2.0主控RV1126SensorSC8238成1.2 V电压。芯片的VREFN、VREFN2、VREFH 和

TXVDD通过电容到地，可以滤除电源纹波的高频部分和低频部分。MIPI信号差分线阻抗控控制在100 Ω，误电源时钟复位差小于±10%；MIPI信号不能直走线，会发生信号反射，影响视频高速传输性能，且MIPI信号下必须有完整的图3 硬件电路框图地参考层，不能分割。其中，整个系统的电源是通过USB提供的，时钟和复位保证系统正常工作，Flash是用来存储程序2 UVC协议的，DDR是随机存储器，系统通过思特威传感器芯片UVC即USB视频类是USB Video Class的简称，SC8238采集图像数据，用瑞芯微RV1126芯片对图像它是微软与其它厂商联合推出的为USB视频捕获设备数据进行编解码，最后通过USB2.0发送图像数据到电定义的协议标准。UVC 设备包括一个视频控制接口（VC

视端。Interface）和一个视频流接口（VS Interface）；视频控RV1126时钟电路由内部的反馈电路和外置的制接口主要用于配置操作，让UVC设备进入不同的功24 MHz晶体振荡电路构成；系统时钟使用有源晶体时，能状态，视频流接口负责UVC设备的视频数据流传输。时钟的幅度是1.8 V±10%。芯片复位引脚低电平大于UVC的拓扑结构包括视频流输入/输出、摄像头视频流4 μs时芯片复位，芯片复位引脚并联放一个100 nF电容，传输控制、图像数据采集源的切换和选择控制，以及图增强RV1126的抗干扰能力，防止误触发导致系统复位。像相关参数的处理等。DDR采用T型设计，DQ和DQS双向信号直接连接即可， 2022.761

Design& Application3 结语电子产品世界�$设计应用消费类电子[5] SEVCIK J. A special peripheral component interconnect

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