OV7670摄像头的相关参数及时序分析

原出处：http://blog.csdn.net/metalseed/article/details/8590906?reload

原标题：两款主流摄像头OV7620与OV7670 

如今，市场上提到可以应用在智能车上的摄像头，多如牛毛。到底那一款最适合用在智能车上呢，这里DEMOK选取了2款典型的摄像头OV7670与OV7620，从其特性和性能等角度，剖析摄像头的特点，为大家揭开迷雾。

我们开门见山，先讲其最主要的不同点。我们都知道，OV7670和OV7620都是彩色摄像头，其感光像素为640*480的数字摄像头。他们之间有很多相似的参数，但是最大的不同就是，OV7670的像素输出格式为RGB565(转载注：其实7670的输出并非只有这一种格式)，而OV7620的像素输出格式为YUV422，这个不同点直接决定了其在智能车摄像头中的地位。在继续进行分析之前，我们先了解一点摄像头的小知识。

///---------------------------------------华丽丽的分割线-------------------------------------------///
【摄像头小知识】RGB565与YUV422的区别
1.什么是RGB565
众所周知，RGB是组成彩色的三基色，要想显示一个像素的颜色，每个像素都需要3个BYTE数据的R、G、B来表示，那一副320*240的彩色图像，就需要320*240*3=230400B=225KB的数据来存储，这样看来，存储图像的空间开销是极大的。而在一个像素RGB中，G分量的比重是最大的，R和B的比重相对小一些，因此人们又想出了用R:G:B=5:6:5的比例关系，来表示一个像素，这样一来，一个像素仅仅需要2个BYTE就可以表示其彩色信息（这个2个BYTE中，R占5bit，G占6bit，B占5bit），320*240的彩色图像的存储空间也由225KB减小到150KB。
2.RGB565是怎么存储的
摄像头的数据是在每一个PCLK的上升沿去读取的。若摄像头默认输出的格式为RGB565，那么摄像头在上电之后，每触发2个PCLK，读取2个字节，才是一个像素。在这个像素中，RGB的分布如下图所示：在第一个字节（First BYTE）中，Y[7..3]为R[4..0]，Y[2..0]为G[5..3]；在第二个字节（Second BYTE）中，Y[7..5]为G[2..0]，Y[4..0]为B[4..0]

2.什么是YUV4:2:2
人的眼睛对低频信号比对高频信号具有更高的敏感度，事实上，人的眼睛对明视度的改变比对色彩的改变要敏感的多。因此，人们将RGB三色信号改为YUV来表示，其中Y为灰度，UV为色差。如果是表示一副彩色图像，同样的道理，YUV444是无损的存储方式，但是需要3个字节，存储空间开销很大。由于Y分量比UV分量重要的多，因此人们用YUV422来表示。这样一来图像被压缩了很多，一个字节就可以表示其彩色的信息。

///-----------------------------------------分割线完毕------------------------------------------------///
回归到OV7670 和OV7620 的对比中来。
刚才从小知识中，了解到OV7670 是RGB 输出，而OV7620 是YUV 输出，虽
然理论上明白了，但是大家可能还不知道实际对应摄像头是怎么输出的。
对于OV7670，由于它只有一组并行的数据口Y[7：0]，所有的像素数据都从
这个数据口出，因此每次读取一次数据口，可以读一个字节（BYTE）。下图给出
了k 个像素（2K 个字节）输出的格式。

对于OV7620，它有2 组并行的数据口Y[7..0]和UV[7..0]，其中对于数据口
Y[7..0]，输出的是灰度值Y，对于UV[7..0]输出的色度信号UV。下图给出了k 个
像素（K 个字节）输出的格式。

对于智能车竞赛，赛道是白底黑线，因此我们只关心图像的灰度值，并不是
需要他们的彩色值。由此看来，对于OV7670，它只有一组数据口，默认输出
RGB 彩色图像，对我们来说并不是想要的；而对于OV7620，它有两组数据口，
一组数据口输出的正是灰度值Y，我们无需去管UV 引脚输出的信号，只采集Y
口的数据，就能完美地体现出赛道的信息来。对于全白的赛道背景，采集回来的
数据是255，对于黑色的赛道，采集回来的数据是0，这样就能很好的区别开赛
道与背景。
由此可以总结，OV7620 更适合做智能车摄像头。

1 什么是P制，什么是N制
当前在智能车竞赛中，我们用到的摄像头，基本只有2种制式P(PAL)制和N(NTSC)制。PAL制式和NTSC制式有很多区别，其中最主要的两个区别就是P制标准的摄像头，每秒输出25帧图像；N制标准的摄像头，每秒输出30帧图像。
智能车摄像头中的例子：
PAL制式摄像头：OV6620、sonyCCD、LG CCD OV5116等
NTSC制式摄像头：OV7620、OV7640等

2 视频是如何形成的
由于人眼看到的图像大于等于 24Hz 时人才不会觉得图像闪烁，所以 PAL 制式输出的图像是25Hz，每秒钟有 25 幅画面，即每秒25 帧；NTSC制式的图像是30Hz，每秒钟有30副画面，即每秒30帧。不同制式的摄像头，在这种规范下输出，人眼看到的图像也就形成了视频。

3逐行扫描与隔行扫描
所谓逐行扫描，即摄像头的像素自左向右、自上而下，一行紧接一行扫描输出(点击查看动态图)；而隔行扫描，就是在每行扫描点数不变的前提下，将图像分成2场进行传送，这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1、3、l 5、…奇数行；偶数场传送2、4、6、…偶数行(点击查看动态图)。
智能车摄像头中的例子：
逐行扫描：OV6620、OV7640等
隔行扫描：OV7620等

4 什么是消隐信号
消隐区的出现，在电视机原理上，是因为电子束结束一行扫描，从一行尾换到另一行头，期间的空闲期，这叫做行消隐信号；同理，从一场尾换到另一场尾，期间也会有空闲期，这叫做场消隐信号。

OV7620数字摄像头是一款非常适合用在智能车寻迹的一款摄像头,经过这么多届的历练,OV7620越发显得稳定和成熟。OV7620之所以为这么多人所采纳，原因是有几大优点：
第一，OV7620的电平兼容3.3V和5V。目前智能车用户用到的处理器基本上可以分为XS128和K60两种控制器，而这两种控制器的工作电平分别是5V和3.3V。OV7620可以完全适应这两种电平，XS128和K60可以随性切换，无需做电平匹配。

第二，OV7620的帧率是60帧/s。新手学习摄像头的时候，误以为摄像头帧率越快越好，其实不然。就拿OV7620来说，其PCLK(像素中断)的周期是73ns，该频率下的PCLK很容易被K60的IO捕捉，如果帧率更快的摄像头，其PCLK的周期就会更小，该频率下PCLK不易被K60的IO捕捉到。
第三：OV7620的分辨率也是非常合适的，在第三篇也提到OV7620是隔行扫描，采集VSYN的话，其输出分辨率是640*240。如果改为QVGA格式，默认输出分辨率是320*120，该分辨率下非常适合采集赛道，数据容量有限又不会失真图像。

在分析了OV7620的几大优势以后，下面开始本篇重点：OV7620时序分析。
对于OV7620，我们只关心场中断信号VSYN、行中断信号HREF、像素中断信号PCLK的波形。用示波器去监控这三个波形，可以看到一下关系。

VSYN 的周期是16.64ms，高电平时间为换场时间，约80us；低电平时间内像素输出。我们在采集VSYN脉冲时，既可以采集上升沿，也可以采集下降沿，采集下降沿更准确些，这也是一场的开始。从VSYN的周期可以算出，1s/16.64ms=60帧，OV7620的帧率是60帧/s。
HREF的周期63.6us，高电平时间为像素输出时间，约47us；低电平时间为换行时间，因此采集HREF一定要采集其上升沿，下降沿后的数据是无效的。从HREF的周期可以算出，16.64ms/63.6us≈261，除去期间的间隙时间，可以算出每场图像有240行。

PCLK的周期是73ns，高电平输出像素，低电平像素无效。PCLK是一直输出的，因此一定要在触发VSYN并且触发HREF以后，再去捕捉PCLK才能捕捉到像素数据。从PCLK的周期可以算出，47us/73ns≈640，可以算出每行图像中有640个像素点。
其实数字摄像头的时序非常简单，我们分析的目的也是为了从时序中得出摄像头的一些参数，至此，大家是不是对OV7620的时序以及OV7620的一些特点更加了解了呢。