基于FPGA的高分辨率圖像采集卡.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和視頻技術(shù)的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計(jì)算機(jī)視頻應(yīng)用的前端設(shè)備,承擔(dān)著模擬視頻信號(hào)向數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的任務(wù),在多媒體時(shí)代占據(jù)著重要的位置.設(shè)計(jì)一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號(hào)采集電路具有重要的實(shí)用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設(shè)計(jì)的目標(biāo): 完成

2、基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設(shè)計(jì).然后簡(jiǎn)單介紹了本次設(shè)計(jì)用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說(shuō)明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術(shù)之間的關(guān)系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號(hào)處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲(chǔ)器.本文對(duì)比了當(dāng)下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號(hào)處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹

3、了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案. 圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)分為A/D前端模擬通道設(shè)計(jì)和FPGA數(shù)字信號(hào)傳輸及外圍電路設(shè)計(jì).本文重點(diǎn)介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對(duì)PCI總線和它的控制電路也做了詳細(xì)闡述.對(duì)圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細(xì)說(shuō)明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個(gè)重點(diǎn).本次的程序設(shè)計(jì)主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,

4、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點(diǎn)在于對(duì)的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個(gè)模塊間的協(xié)調(diào)工作.說(shuō)明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲(chǔ)詳細(xì)過(guò)程,以及對(duì)SDRAM讀寫狀態(tài)機(jī)和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗(yàn)證結(jié)果.詳細(xì)說(shuō)明了以Modelsim為平臺(tái)的前端功能仿真和后端時(shí)序仿真,以及以SignalTapⅡ?yàn)槠脚_(tái),程序下載到FPGA中進(jìn)行的實(shí)時(shí)驗(yàn)證.結(jié)果表明整個(gè)圖像采集系統(tǒng)基本達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所給出的性能指