OV6620+FIFO摄像头模组使用详解

板间尺寸：34mmx34mmx30mm(含镜头高)

定位孔尺寸：28mm

工作电压：DC5V ±5%

工作电流：50mA 左右

扫描方式：逐行扫描

最低照度：2.5 lux at f1.4 (3000k)

信噪比：> 48 dB

有效像素：(H)352 x (V)288

数据输出格式：

YCrCb 16bit/8bit selectable

60Hz 16 Bit YCrCb 4:2:2 - 0x480

60Hz 8 Bit YCrCb 4:2:2 - 0x480

RGB Raw Data Digital Output 16Bit/8Bit selectable

SCCB 接口：最大速率支持400 kBit/s

YUV 输出格式：支持TV 或监视器显示

读取方式：MCU 主动读取FIFO 的图像数据2 系统实现方法说明

2.1 系统硬件连接图

2.2 OV6620 时序分析

垂直同步信号VSYN 为两个正脉冲之间扫描一帧的定时，即完整的一帧图像在两个正脉冲之间；水平同步信号HREF 扫描该帧图像中各行像素的定时，即高电平时为扫描一行像素的有效时间；像素同步信号PCLK 为读取有效像素值提供同步信号，高电平时输出有效图像数据，若当前图像窗口大小为352×288，则在VSYNC 两个正脉冲之间有288 个HREF 的正脉冲，即288行；在每个HREF 正脉冲期间有352 个PCLK 正脉冲，即每行352 个像素。这就是VSYNC、HREF、PCLK 三个同步信号之间的关系。

2.3 图像数据自动存储

为了将OV6620 输出的图像信号自动地存入FIFO，只需要通过逻辑门就能产生符合FIFO 要求的写时序，如图所示。

为了将OV6620 输出的图像信号自动地存入FIFO，只需要通过一个“与非门”就能产生符合FIFO 要求的写时序，如图所示。将帧同步信号VSYN 引入MCU 中断输入口，复位后WE 置0，“与非门”关闭，输出1。当MCU 检测到VSYN 下降沿后，WE 输出1，打开“与非门”。

当OV6620 输出有效像素时，HREF 为高，则FIFO 的WE 为低，写输

入全部使能。PCLK 高电平时像素数据有效，PCLK 接WCK，根据PCLK 的

上升沿，即WCK 的上升沿，触发FIFO 锁

存OV6620 输出的图像数据。

2.4 图像数据读取方法

如上分析，图像数据根据硬件逻辑自动存储在FIFO 中，MCU 只需要对FIFO

进行初始化后，就可以通过IO 驱动FIFO WCK 输出数据，主动读取。

3 OV6620 图像格式详述

3.1 视觉颜色表示方法

(1)RGB 格式

RGB 在计算机领域有着举足轻重的地位,由于彩色显示器使用红绿蓝 3 色产生需要的颜色，被广泛用于计算机图形和成像之中。然而,在处理现实世界的图像时，RGB 并非有效，因为它对所有色彩都用等长像素点的RGB 3 色合成，这就使得每个像素在RGB3 个成分上拥有相同的像素深度和显示分辨率，而且处理RGB 色彩空间的图像也不是最有效的。下图所示为RGB 模型单位立方图。

RGB 数据量比较大，我们通过Bayer 矩阵来表示，R 为感应红光，G 为感应

绿光，B 为感应蓝光。在Bayer 矩阵的图像中，图像的一半像素分配给G 分量，

而R 和 B 分量则占图像的另一半。G 分量是R、B 分量的两倍，因此G 分量采用插值算法，不仅可以提高G 分量的质量，还可以提高R 和 B 分量的质量。下图列出了Bayer 矩阵的示意图

2）YUV 格式

人类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，人类的眼

睛对明视度的改变也比对色彩的改变要敏感的多。YUV 彩色电视信号输出时，将

RGB 改组成为亮度信号和色度信号。PAL 制式将 RGB 三色信号改组成 YUV 信号， 其中 Y 信号表示为亮度，UV 信号为色差信号。

对于人眼而言，Y 分量比 UV 分量重要，根据人眼的这一特征，在不使用任 何复杂算法的前提下，可以适当地抛弃 U 和 V 分量以达到压缩的目的，这就是

部分 取样 。 部分 取 样的 常见 方 法有 YUV444( 无 压缩 ) 、 YUV422(3313% 压缩 ) 、 YUV411(5010%压缩)、YUV420(5010%压缩)，其中数字表明了 YUV3 个分量的取样 比例，即各分量水平取样因子与垂直取样因子的乘积。YUV422 取样格式如图 6 所示，YUV411 取样格式如图 7 所示，YUV420 取样格式如图 8 所示。

YUV422 取样格

式

YUV411 取样格

式

YUV420 取样格

式

3.2 OV6620 数字图像输出格式

OV6620 图像传感器的视频输出端提供了一系列输出格式/标准的选项来满足许多不同的应用需求。这些格式有16bit-4:2:2 格式，8bit 数据模式，4bit nibble 模式等。对于OV6620，无论是RGB 还是YUV 格式，无论是8bit 还是16bit，摄像头的数据输出都用了压缩算法，在RGB 时，用了BAYER 表示；在YUV 格式时，用了4:2:2 的压缩。8bit 模式时，TCLK 比16bit 模式下的TCLK 时要快 1 倍。

1、YUV格式下Y管脚和UV管脚的信号解析

在YUV 格式时，用了4:2:2 的压缩方式，U 和V 的数据量比Y 少了一半，由于人眼对UV 不敏感，压缩了UV 影响不大。

(1)在16bit 模式下：

- 1st HREF Y channel output Y11 Y12 Y13 Y14Y15…

UV channel output U11V11U13V13U15…

- 2nd HREF Y channel output Y21 Y22 Y23 Y24 Y2…

UV channel output U21V21U23V23U25…

-3rd HREF Y channel output Y31 Y32 Y33 Y34 Y3…

UV channel output U31V31U33V33U35…

-4th HREF Y channel output Y41 Y42 Y43 Y44 Y4…

UV channel output U41V41U43V43U45…

-5th HREF Y channel output Y51 Y52 Y53 Y54 Y5…

UV channel output U51V51U53V53U55…

从上面归纳的输出解析可知，在16bit 模式YUV 格式下，Y 管脚源源不断地输出灰度值，UV 管脚间隔地输出U 和V，如果不要UV 的话,那么通过Y 就可以

得到灰度黑白图像。这是最简单的运用OV6620 摄像头的方法,常常是飞思卡尔智能车制作时运用的一种格式，也是默认格式。

(2)在8bit 模式下：

- 1stHREF Y channel output U11 Y11 V11 Y12 U13 Y13 V13 Y14

- 2nd HREF Y channel output U21 Y21 V21 Y22 U23 Y23 V23 Y24

-3rd HREF Y channel output U31 Y31 V31 Y32 U33 Y33 V33 Y34

-4th HREF Y channel output U41 Y41 V41 Y42 U43 Y43 V43 Y44

-5th HREF Y channel output U51 Y51 V51 Y52 U53 Y53 V53 Y54

从上面的规律归纳的输出解析可知，在8bit 模式YUV 格式下，Y 管脚除了输出灰度值还输出U 和V，UV 引脚3 态输出。

2、RGB格式下Y管脚和UV管脚的信号解析

在RGB 格式下，OV6620 输出的不是图像，是一个Bayer 矩阵，必须通过算法把Bayer 还原成图像。无论是8bit 还是16bit，输入的数字必须填满下面的Bayer 矩阵。下图所示为典型的Bayer 矩阵。

OV6620 是按照如下的方法将Y 和UV 的输入数字填入Bayer 表中的：

(1)在16bit 模式下：

-1st HREF Y channel output unstable data, UV output B11G12B13G14…

-2nd HREF Y channel output G21 R22 G23 R24 ..., UV output B11G12B13G14…

-3rd HREF Y channel output G21 R22 G23 R24 ..., UV output B31G32B33G34…

-4th HREF Y channel output G41 R42 G43 R44 ..., UV output B31 G32 B33 G34 .... -5th HREF Y channel output G41 R42 G43 R44 ..., UV output B51 G52 B53 G54 .... -6th HREF Y channel output G61 R62 G63 R ..., UV output B51 G52 B53 G54 ....第一次行中断里，Y 管脚输出不确定的数字，UV 输出B11，G12，B13，G14……

填入Bayer 矩阵的第一行；第二次行中断里，Y 管脚输出G21,R22,G23,R24，填入Bayer 矩阵第二行，UV 管脚输出和上次中断的Y 输出管脚一样；相邻两次的数据Y 和UV 中只有一个管脚的数据有用，另一个重复了，重复了数据可以丢弃，也可以做一些对比处理把这个输入的数据填到Bayer 矩阵中，就可以还原成RGB 图像了。

(2)在8bit 模式下：

- 1st HREF Y channel output unstable data

- 2nd HREF Y channel output B11 G21 R22 G12 B13 G23 R24 G14...

-3rd HREF Y channel output B31 G21 R22 G32 B33 G23 R24 G34...

-4th HREF Y channel output B31 G41 R42 G32 B33 G43 R44 G34...

-5th HREF Y channel output B51 G41 R42 G52 B53 G43 R44 G54...

在8bit 模式下，只有Y 管脚输出，UV 是三态输出。第一次行中断里，Y 管脚输出不确定的数字，这个是无用的，第二行中断里，开始读取数据填入Bayer 矩阵，以此类推；同样数据会出现重复，采集时跳过重复数据即可。

4 SCCB 总线协议

SCCB(OmniVision serial camera control bus) ，即串行摄像机控制总线。OmniVision 公司已经定义和采纳的SCCB 总线是一种三线结构的串行总线,用于完成对绝大部分OmniVision 系列图像传感芯片功能的控制。在简化的引脚封装中，SCCB 总线可以工作在改进的两线工作方式下。

两线SCCB 接口有两条通讯连接线，即SIO_D(数据线)和SIO_C (时钟信

号线)。两线SCCB 连接框图如下图所示。

4.1 SCCB 总线协议的时序分析

在SCCB 操作中,主设备必须做以下操作:

(1)产生开始/停止信号

(2)在SCL 上施加串行时钟

(3)将7 位从设备地址，读写位和8 位子地址串行放到SDA 上。读的一

方必须在确认位时间里拉低SDA，返回一个确认位作为对从设备所写

数据的确认。在写周期OV6620 返回确认位，在读周期里，主设备返回确认位，除非读的数据是最后一个字节。如果读的数据是最后一个字节，主设备并

不返回确认位，通知从设备读周期可以终止。每一字节内，最高位总是先传输。对于OV6620，SCCB 总线通信仅需两个管脚:SCL 和SDA。SDA 设置成

开漏双向端口，

SCL 为高时，SDA 上从高到低的转换表示开始。SCL 为高时，SDA 上从低到高的

转换表示结束。只有主设备可以产生开始/结束信号。除了以上两种情况外，协议要求SDA 在时钟SCL 位高电平器件保持稳定。

只有当SCL 为低时每一位才允许改变状态。下图所示分别为SCCB 总线位传输的

时序图和SCCB 总线数据传输的时序图。

4.2 SCCB 总线传输实现方法

OV6620 支持单个从设备，当只有唯一的从设备时，O V6620ID 须置为0XC0 (写) 和0XC1(读)。在写周期中，SCCB 总线上的第一个字节是选择单个片内寄存器的子地址,第三个字节是读写该寄存器的数据。写一个未定义的子地址将被忽略。在读周期中，SCCB 总线上的第一个字节是读写该寄存器的数据，子地址用前面的。读一个未定义的子地址，返回数据不定。下图所示为主设备向从设备读写数据的结构图。

系统需要对摄像头进行配置，下表整理了系统用到的SCCB寄存器表

5 AL422B 操作方法

1 初始化

上电后，分别给/WRST 和/RRST 各0.1ms 的的初始化脉冲，使AL422B 初始化。

2 复位操作

通常，复位信号可在任何时候给出而不应考虑/WE,/RE,/OE 的状态，但是它们仍然要参照时钟信号的输入情况，使它们满足建立时间和保持时间的要求。如

果在禁止时钟周期内给出复位信号，必须要等到允许周期到来后才会执行复位操作。当/WRST 和/RRST 均为低电平时，数据的输入和输出均从地址0 开始。

3 写操作

当/WE 为低电平时，在WCK 信号的上升沿，数据通过DI0-DI7 写入到写寄存器，参照WCK 的输入周期，写入的数据须满足建立时间和保持时间的要求。

当/WE 为高电平时，写操作被禁止，写地址指针停在当前位置上；当/WE

再次变为低电平时,写地址指针从当前位置开始。

4 读操作

当/RE 和/OE 均为低电平时，在RCK 信号的上升沿，数据由DO7-DO0 输出。当/RE 为高电平时，读地址指针停在当前位置上；当/RE 再次变为低电平时，读地址指针从当前位置开始。

执行读操作时，/OE 须为低电平，如/OE 为高电平，则数据输出端均为高

阻态，且读地址指针仍然同步加1。/RE 和/OE 须参照RCK 的输入周期，满

足建立时间和保持时间的要求。