高帧频图像采集与传输系统的研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目高帧频图像采集与传输系统的研究学科专业通信与信息系统学号201121010603作者姓名王耀辉指导教师李晓峰教授分类号密级注1UDC学位论文高帧频图像采集与传输系统的研究（题名和副题名）王耀辉（作者姓名）指导教师李晓峰教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系统提交论文日期2014年4月论文答辩日期2014年5月学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月日答

2、辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONHIGH-FRAMERATEIMAGECAPTUREANDTRANSMISSIONSYSTEMAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CommunicationandInformationSystemsAuthor:WangYaohuiAdvisor:ProfessorLiXiaofengSchool:SchoolofCommunication&InformationEng

3、ineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据

4、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着高帧频数字相机的出现，视频图像的数据量越来越大，这对数据的采集、传输与处理的各项技术指标提出了更高的要求。高帧频相机具有数据量大、输出帧频高的特点，为了保证图像数据的高速稳定采集与传输，本文设计了高帧频图像的采集传输系统。现场可编程逻辑门阵列的快速发展使得许多复杂、高速的图像处理运算的实现成为可能。CameraLink标准定义了数字相机采集接口，它是一个高速串行通信协议，CameraLink接口可以使相机的连接更加灵活简单

5、，在图像采集中得到了广泛的应用。PCIExpress是新一代的高速串行I/O总线，可以应用于各类计算机与外部设备之间的互连通信，它为嵌入式系统的传输接口提供了理想的解决方案。IEEE1394b串行总线是在IEEE1394a的基础上发展而来的，可以进行高速、远距离的传输，已经被广泛应用于众多领域中。本文介绍了目前较为先进的CameraLink、PCIExpresss以及IEEE1394b总线技术，并根据这些技术标准设计了基于FPGA平台的高帧频图像采集与传输系统。该系统采用Altera公司的FPGA芯片作为主要的内核处理单元，使用Verilog语言实现FPGA的内部逻辑

6、，基于CameraLink接口进行图像数据的采集，并将采集到的图像通过异步FIFO缓冲模块存储到DDR2SDRAM中，然后通过PCIExpress接口将数据传输到上位机。另外，本文在PCIExperss传输模块的基础上，介绍了1394b的传输方案，能够实现图像数据的远距离高速传输。本文主要分两大部分对采集与传输系统进行描述：图像采集部分和数据传输部分。对于采集部分，本文介绍了基于CameraLink接口的硬件电路以及软件程序的设计，实现图像数据接收和缓存处理、FPGA与相机之间的串行通信以及FPGA对相机接口的控制。对于图像的传输部分，本文介绍了PCIE传输模块和13

7、94b传输模块。首先在了解PCIE协议规范的基础上，研究了PCIEIP硬核的产生方法以及PCIE传输部分应用逻辑的设计，实现了PCIE各分层协议的功能，并详述了PCIE总线数据传输的实现方案。然后在PCIE总线接口的基础上，结合1394b所采用的物理层和链路层芯片，讲述了IEEE1394b的芯片电路设计以及FPGA的NIOSII编程，设计了利用1394b总线进行远距离传输的方案。总之，本文设计了基于FPGA的高帧频图像采集与传输系统，并对系统进行仿真测试，验证了该系统的采集与传输功能。关键词：高帧频，FPGA，CameraLink接口，PCIExpr