视频图像采集系统设计探究

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1、视频图像采集系统设计探究　　【摘要】随着计算机软件、硬件技术的日新月异，人类已经进入一个高速发展的信息化时代，人类大概有80%的信息来自图像，科学研究、技术应用中图像处理技术越来越成为不可缺少的手段。运用SOPC设计视频图像采集系统是非常必要的。【关键词】视频图像；采集系统；设计研究视频图像采集系统应该完成视频信号从前期采集到存取和PC机之间的通信，以及DSP处理并且在PC机上的视频回放等功能，这也是目前国内外的主流视频图像处理系统所能实现的功能。一、研究方案的拟订1.视频图象输入方案拟订随着现代科技的高速发展，高集成度芯

2、片的开发也越来越成为一种趋势，所以在视频信号的采集中使用视频信号输入处理的集成芯片可以为后继的图像处理提供极大的方便，并大大减少硬件电路的复杂程度，也降低设计的成本。2.数据的采集与存储方案拟订采用一片FPGA芯片里面内嵌了niosⅡ软核处理器，能大大提高系统的集成度和节约资源和成本。其基本原理图如图1所示。63.PCI接口的实现方案选择使用可编程逻辑器件FPGA可以根据整个系统的实际需要仅选择实现PCI协议的某些子集.同时将另外一些重要的功能集成到同一个器件上，这样就使得所设计的PCI接口具很强的针对性和灵活性。采用FP

3、GA来设计简化的32位PCI接口，同时集成了DMA（DirectMemoryAccess）块模式传输方式，既实现了PCI总线的高速传输，同时又大量减少CPU处理时间，从两方面保证了视频处理的实时性。4.系统总体方案使用图形采集集成芯片SAA7113H完成视频图像输入处理工作，用一个嵌入了niosⅡ软核的FPGA来实现对SAA7113H的初始化和图像帧的存取控制，PCI接口电路实现和PC机之间的高速通信。整体方案框图如图2所示。二、SAA7113H在视频采集接口系统中的应用1.SAA7113H主要功能特点SAA7l13H是一

4、款功能强大且操作简单的9位视频输入处理芯片，该芯片采用CMOS工艺，通过IIC总线与PC或DSP相连构成应用系统。它内部包含两路模拟处理通道，能实现视频信号源选择、抗混叠滤波、MD转换、自动箝位、自动增益控制（AGC）、时钟发生（CGC）、多制式解码、亮度/对比度/饱和度控制（BCS）和多标准VBI数据解码。2.视频接口的硬件连接6系统上电后，在DSP接到采集图像的指令后，就设置SAA7113H内部寄存器进入正常工作状态。接口所有的控制逻辑都在一块FPGA内部实现。视频采集控制器根据SAA7ll3H的同步信号LLC、RTS

5、O、RTS1在内部产生对帧存储器的地址信号A[18：0]、写信号WR以及帧切换信号之一（RDY1）。视频采集控制器产生的地址信号、写信号和SAA7113H的VPO数据接口构成了帧存写通道的入口；DSP送来的地址线、数据线、读信号构成了帧存读通道的出口，两者交替在帧存控制器的控制下分别与帧存A、帧存B连接。帧存控制器根据切换信号RDY1、RDY2与运算的结果进行接口转换：当一帧图像存入帧存储器时，帧切换的两个必要条件之一RDY1置为高电位（逻辑真），RDY2是DSP处理完一帧图像后置为高电位，当两者同时为真时，切换两通道的连

6、接，开始新的一个图像采集处理过程，同时RDY1、RDY2复位，为下一次切换作准备。FPGA芯片采用的Cyclone系列的EP1C12。其硬件结构框图如图3所示。三、PCI接口电路设计6PCI接口电路就是用来实现本系统和PC机之间实现大量复杂的数据快速传输。然而利用FPGA模块来实现就大大的减少了系统硬件电路的设计，这样为整个设计节省了不少资源也降低了成本。本系统采用FPGA以及其嵌人式核niosⅡ来实现PCI总线接口，在大量的软件设计后，FPGA芯片直接生成几个PCI接口引脚，所以它的关键在于软件的设计。软件编程时主要使用

7、VHDL硬件语言。在PCI总线和本地总线采用DMA传输方式节约了大量CPU资源，这样也大大提高了整个系统的运行速度。采用Cyclone系列的EP1C12器件完成设计，该器件共有12060个LogicCell。PCI总线上的Slave和Master之间的数据传输方式是以DMA块模式传输的，符合PCI协议2.2。实际电路在WIN2000操作系统下运行，数据传输速率可以达到80Mbps，满足了高速视频处理要求。芯片由PCI接口模块、DMA控制模块及本地总线接口模块三部分构成。PCI接口模块实现了简化的33MHz工作时钟、32位总

8、线宽度的接口功能，支持内存空间及配置空间的读写；还负责遵循PCI协议2.2与PCI总线通信，实现接口芯片的即插即用。DMA控制模块负责接收计算机的DMA请求，接管总线控制权，以DMA方式将计算机存储器的数据以块方式读出并写到连接本地总线的存储器，DMA结束后发出中断通知计算机，然后释放对总线的控制权。D