CMOS Sensor Interface(CSI)

CMOS映像感應器分為兩類，非智能和智能。非智能的這類映像感應器只是支援傳統的網路攝影機時序(場同步和行同步)，然後輸出一個Bayer(拜耳)以及
統計的資料,而智能感應器支援CCIR656視頻解碼格式，並且還提供了額外的一些影像處理（例如：映像壓縮，映像濾波預先處理，以及多種資料輸出格式）

CSI的包含的能力如下：
   .前端-配置邏輯介面以便支援大多數通用的可用的CMOS網路攝影機介面。
   .支援CCIR656視頻介面以及傳統的網路攝影機介面。
   .8位元據口，支援方便YCC,YUV,Bayer或者是RGB的資料格式輸入。
   .完全可控的8-bit或16-bit資料到32-bit的FIFO進行打包
   .32*32大小的FIFO儲存接受到的的映像像素資料，該FIFO可以通過可程式化的IO或者是DMA進行讀取.
   .後端-提供了直接到eMMA的預先處理PrP塊介面(PrP和PP組成了MX27圖形加速器eMMA，PrP和PP能夠用來給視頻做預先處理和後期處理，例如，放大，縮小，色彩轉換)
   .提供sensor的可屏蔽中斷源，該中斷源也是中斷可控的： 開始Frame,結束Frame,Change of Field,FIFO Full
   .提供給外部sensor用的，可配置的主時鐘頻率
   .由統計資料產生的自動曝光(AE)和自動白平衡(AWB)控制。

39.1 CSI結構
 39-5圖，顯示了CMOS網路攝影機介面的框圖，它包含了2個控制寄存器(Control Register 1和3)來建立介面的時序以及中斷產生，另外一個控制器
(Control Register 2)用來產生統計資料，還有一個狀態寄存器，介面邏輯，資料包邏輯，CCIR時序編碼，中斷控制，主時鐘產生源，統計資料產生，
32*32映像資料接受FIFO(RxFIFO),還有16*32統計資料FIFO(StatFIFO).
 
39.2 CSI介面訊號描述
 CSI模組和外部的CMOS映像感應器的介面如下：
   .CSI_VSYNC input    Vertical Sync(Start of Frame) 網路攝影機傳輸進CSI介面，是場同步介面，提供起始幀
   .CSI_HSYNC input  Horizontal Sync(Blank Signal) 網路攝影機傳輸進CSI介面，是行同步介面，提供行同步訊號，判斷消隱訊號
   .CSI_D[7:0]  input   8-bit網路攝影機資料匯流排（傳輸YUV,YCC,RGB，或者Bayer等資料）
   .CSI_MCLK output  Sensor Master Clock 該介面是CSI輸出介面，提供給外部網路攝影機的主時鐘
   .CSI_PIXCLK  input    pixel Clock      該介面是網路攝影機輸出的像素時鐘，一般都等於MCLK主時鐘
        在CSI的RxFIFO和eMMA的預先處理塊PrP之間有一條用來快速傳輸資料的資料線. 該資料線可以enabled或者disabled。
    當該bus enabled時，CSI的RxFIFO會從AHB匯流排上取消，並且串連到PrP上。任何CPU或者DMA通道到RxFIFO寄存器的請求讀取都將被忽略(因為串連到PrP上了)
  所有的CSI中斷都被MASK防止軟體訪問FIFO以及相關的狀態寄存器。
    RxFIFO設定Full level等級為4/8/16 Words,如果是24words那麼內部邏輯認為是8Words.
    使用者使用RxFIFO的full level來參考資料格式和線性寬度，來確保傳輸的幀是一個完整的幀， 映像的大小(in Words)必須是RxFIFO設定的full level
 的整數倍。
 關係如下：
 資料格式  每個像素包含的byte數目      每個Words包含的像素數目     RxFIFO Full level等級    所需要的線寬(line Width)
 YUV422        2    2     4/8/16Words        8/16/32的倍數
 YCC422        2    2     同上                      8/16/32的倍數
 RGB565       2    2      同上                       8/16/32的倍數
 RGB888       4    1      同上                         4/8/16的倍數
 Bayer           1    4                                   16/32/64的倍數
 
39.3 操作原理
  該小段描述sensor介面的操作模式
  CSI設計是為了支援普通的sensor介面時序以及CCIR656的視頻介面時序。傳統的CMOS感應器典型使用SOF,HSYNC(消隱)，和PIXCLK訊號
 給Bayer或者YUV輸出。智能CMOS感應器，一般在片上都有影像處理，並且通常都可使用視訊模式的傳輸，它們使用了內嵌的時序編碼來取代了SOF和BLANK訊號。
 該時序編碼依據的標準就是CCIR656.
 39.3.1 門選通時鐘模式(Gated Mode)
   VSYNC，HSYNC,以及PIXCLK訊號採用的都是門選時鐘模式(脈衝門)
 一個幀通常都開始於VSYNC的上升沿_||__,然後HSYNC訊號開始變高HIGH,並且hold高電平整行資料(line)。並且當HSYNC訊號是高電平的時候，
     pixel clock才是合法的像素時鐘，Data資料就是每HSYNC高電平期間，每個pixel clock上升沿讀取的資料才是有效資料。當HSYNC為低電平的時候
     那麼該行就結束了。pixel clock就是不合法了，並且CSI也停止從stream中接收資料。然後等待下一行的HSYNC重複開始,最後重複VSYNC進入下一幀。
 39.3.2 非門選通時鐘模式(non-Gated Mode)
  該模式下，只有VSYNC和pixel clock兩個訊號使用到，HSYNC是被忽略的。
  該模式下，總的時間是和gated mode一樣的,區別只是在於HSYNC訊號。HSYNC是被CSI忽略的，所有的pixel clock時鐘所表示的資料都是合法的，
 其實區別就是Gate模式的pixel clock是一直開著的，而該模式下是和HSYNC同步進行了與門的操作，只保留了有效資料的pixel clock.所以pixel clock
 在非法資料時候是低電平。
 39.3.3 CCIR656介面模式
  在CCIR656模式中，只有pixel clock和DATA[7:0]訊號被使用到。起始幀VSYHC和BLANK消隱訊號都被網路攝影機內直接內嵌的時序編碼根據時序直接替換
 為有效資料流，不需要後期進行資料流的處理。每一個有效行伴隨SAV碼啟用，並且伴隨EAV碼結束。有一些方案，數字化的消隱訊號是插在SAV和EAV之間的。
 CSI會從資料流中進行編碼以及濾出相關的時序，來還原VSYHC和HSYNC訊號，來給內部使用，例如統計塊控制和CSI-to-PrP互連時。
 資料從直接轉寄，以原來連續的方式進行打包。因此，第一幀是跟在第二幀後面的(如果得到了2幀的話)。所以，該幀序是需要重新進行排序的，來還原原來的映像。
 
 COF(Change of Field改變域/幀/場) ，它觸發奇偶場的變化。中斷服務會讀取狀態寄存器來確定是否是當前的幀。
 
 依據CCIR656標準，映像必須是625/50幀的PAL,或者是525/60幀的NTSC格式。另外，映像還要交錯成奇偶場， 垂直和行消隱資料都被填入特定的行。
 資料必須是YCC422格式，每個像素包含了2 bytes,Y+Cr+Y+Cb.這些都是TV模式的設定。
 該CSI僅僅支援PAL和NTSC制式。
 從39-3圖中可以看到，SOF是一個中斷，時序編碼timing codec中斷產生，表示來了新的幀，SOV1和SOV2是表示奇偶域。
 39-4，39-5兩圖表示具體的碼和有效資料位元。
 
 39.3.4 CCIR656更進模式
        CMOS網路攝影機系統提供的VGA或CIF解析度，CIF標準中，奇偶場交錯不用很嚴格的指出，因為CIF映像本身就很小，使用奇場或偶場就可以了。
        一般是使用奇場，即Field 1.大多數的sensor都支援該CCIR模式，因此在CIF下，只要一個SOF中斷進入新的一幀，而不需要SOV來判斷奇偶場了。
 39.3.5 CCIR656編碼錯誤校正
  依據CCIR編碼錶，SAV和EVAV之間的保護資料是被編碼過的，使用這種方法，編碼器可以糾正1-bit錯誤，可以檢查2-bit的錯誤。
  該特徵只是在CSI的CCIR編碼中，僅僅是奇偶交錯模式中支援。
 
 
 39.4 中斷產生
  
 39.4.1起始幀中斷Start Of Frame Interrupt(SOF_INT)--- 一般都是VSYHC的上升沿開始，就觸發了
  在傳統模式中，VSYHC訊號來自感應器，因此SOF_INT中斷是由VSYHC訊號的上升沿或者是下降沿觸發的。
  在CCIR模式中，SOF中斷資訊是從嵌入的代碼檢索出來的，並且產生SOF_INT的。
  在CCIR更進模式中，有下面兩個SOF中斷：
   .內部VSYHC模式，SOF是從嵌入的代碼檢索出來
   .外部VSYHC模式，來自外部網路攝影機輸入的VSYHC訊號，根據VSYHC的上升沿或下降沿來產生SOF.
   
 39.4.2 結束幀中斷End of Frame Interrupt(EOF_INT)
  當一幀結束或者是一個在RxFIFO中的完整的幀資料被全部讀出時，EOF中斷就產生了，EOF並不在CSI的PrP模式中使用。
  
 39.4.3 改變幀中斷Change Of Field Interrupt(COF_INT)
  該中斷是用在CCIR奇偶域交錯的模式下使用，該中斷當Field 1 和Field 2交錯的時候產生。F1_INT和F2_INT會產生
 39.4.4 CCIR錯誤中斷(ECC_INT)
  CCIR中斷僅僅用在CCIR奇偶場交錯的模式下使用，因為如果沒有奇偶場交錯的話，不需要校正該幀的奇偶幀，如果有的話，那麼如果是錯誤下，
  還將該奇偶場拼接進行合成的話，那麼畫面肯定出問題了。
 39.4.5 Data Packing Style資料打包格式
  由於映像在採集的過程中，不同的連接埠大小，不同的階段，資料的位元組順序是非常重要的。
  為了能夠靈活的對映像資料進行打包，CSI模組提供了資料交換空間，通過PACK_DIR和SWAP16_EN bits（包含在CSIRC1--CSI Control Register1中）
  資料在提交給RxFIFO之前，利用設定PACK_DIR的bit位來進行打包。
 39.4.6 RxFIFO路徑
  Bayer資料是一個從映像感應器獲得典型的行資料。該資料寬度一定要通過軟體轉化為RGB空間或者是YUV空間的資料格式。 
  PACK_DIR bit設定為0，表示系統是小端，不是大端系統。使用P0,P1,P2,P3存放了打包了的資料內容，P0是第一個Data,依次，P3是最後一個data.
  
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  39.4.6.1 RGB565資料
  （我們用的ov9660-0xd7[1:0]是選擇YUV還是RGB模式，YUV=00,RGB=01）
  RGB565資料是從映像感應器獲得的處理過的資料，該資料可以直接顯示到Video Buffer上面。
  這個資料格式是16-bits的寬度，該資料可以直接通過CSI給Memory,然後Memory給LCDC.
  39.4.6.2 RGB888資料格式 ----24位bit屏可用
  
 
 總結：
  MX27提供了一個非常專業的網路攝影機CSI介面，可以配置相關的口進行介面匹配。
  我們的網路攝影機是ov9660，輸出設定為YUV模式，因此，CSI擷取的資料也是YUV格式的資料，因此還需要通過軟體，將YUV的格式轉化為
  RGB565、RGB656、RGB888格式放到LCDC對應的Memory進行顯示輸出。
  轉化公式如下：
  From RGB to YUV
  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
  U = 0.492 (B-Y)
  V = 0.877 (R-Y)
  It can also be represented as:
  Y =  0.299R + 0.587G + 0.114B
  U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
  V =  0.615R - 0.515G - 0.100B
  From YUV to RGB
  R = Y + 1.140V
  G = Y - 0.395U - 0.581V
  B = Y + 2.032U

我的額外話題：

當前網路攝影機的參數我們基本上主要看：

1.網路攝影機像素是多少萬的？ 我這邊羅列了一部分

2560*1960 =4915200,也就是通常說的500W

1600*1200 =1920000，也就是200W

1280*960 =1228800，也就是130W像素

640*480=307200,也就是30W

該像素可以放映到你的抓圖上面的大小，該像素就是說明你的CMOS或者是CCD感光元件的像素點多少，可以想象在相同的面積上，數量越多，感光元件肯定要越小，感光元件小，那麼映像的品質其實會變差，這個當然可以理解，但是從大的方面來說，只要鏡頭好，光源充足，那麼效果也會變好，這樣畫面就比像素低的更加的細膩，所以高像素的好處就在這裡。有種專業上的說法，是你的網路攝影機達到幾線幾線的？

2.幀率？也就是看你的最大解析度的時候能夠達到的最大幀率是多少？

像OV系列來說，一般最大的解析度下的幀率是30幀左右，也可以調頻率進行提高。我們人的眼睛一般情況下，只要映像能夠達到每秒30幀，那麼利用眼睛的視覺殘留，基本上可以感覺到映像是連續的，人眼的視覺殘留時間超過30ms。

我調試網路攝影機的時候，可以發現有個非常嚴重的現象就是，加開夜光模式的時候，幀率掉的非常嚴重，這個估計就是DSP後期處理的時候，處理不了每秒30幀，只能往下降了，黑白的話效果好一些。

3. 鏡頭也是非常關鍵的，這個就要看不同的廠家，不同的顯示效果

題外篇

我們買到的數位相機，現在都是1300W以上的，但是並不是說我們的攝像模式下可以達到這個解析度，不信的話你可以去試試看，因為攝像要求比較高，需要達到每秒30幀以上，這個對DSP處理的負荷很重（RGB--色彩空間轉換----H264編碼/JPG編碼），有人說我們為什麼不利用數位相機的連續抓拍功能，這樣既能保證解析度又可以攝像，其實原理是一樣的，抓拍也不可能高像素下達到每秒30幀。

還有，我們有一些非常高的像素是如何達到的呢？

其實現在的做法都是靠拼裝，也就是說兩塊CCD感光模組分別進行攝像，然後在末端進行同步，這樣就能提高像素，而且DSP的負荷不用太過進行提升，但是這樣的拼裝方法有一個缺陷就是，如果模組太多，那麼在末端進行同步就很難把握了，所以現在一般都是2個CCD或者3個CCD，再多就不行了。