基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 I2C配置模塊

系統(tǒng)上電后，分別將AD和DA芯片復(fù)位，因此需要對(duì)它們進(jìn)行初始化配置。程序?qū)⒓拇嫫鞒跏贾凳孪却鎯?chǔ)在數(shù)組中，設(shè)置控制寄存器時(shí)，FPGA通過(guò)I2C總線按照AD或DA的配置地址、控制寄存器地址、寄存器值的順序依次寫入數(shù)據(jù)，完成對(duì)AD和DA的初始化。I2C的配置模塊的流程[7][8]如圖5所示。

圖5 I2C配置的流程圖

4.2 視頻圖像的采集模塊

在本系統(tǒng)中，ADV7181芯片輸出8位為CCIR-656格式(也可根據(jù)需要配置為16位輸出)，它的有效分辨率為720*576,隔行掃描。它輸出的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)格式如表1所示。

表1 ADV7181輸出的數(shù)字視頻格式表

在實(shí)際的邏輯設(shè)計(jì)中，主要的任務(wù)就是對(duì)CCIR-656格式的行起始標(biāo)志碼和行結(jié)束標(biāo)志碼的判別與檢測(cè)。具體的設(shè)計(jì)如下：在27MHz像素時(shí)鐘信號(hào)ADC_LLC的同步控制下，8位的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)由ADV7181芯片不斷地輸入到FPGA芯片，FPGA首先檢測(cè)“FF 00 00”這三個(gè)字節(jié)，對(duì)于這三個(gè)字節(jié)的檢測(cè)只需要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的有限狀態(tài)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)到上述的三個(gè)字節(jié)之后，F(xiàn)PGA接著檢測(cè)緊隨這三個(gè)字節(jié)之后的那個(gè)未知字節(jié)，如果未知字節(jié)第4位的值為0，則說(shuō)明它是SAV字節(jié)，如果為1，則說(shuō)明它是EAV字節(jié)。表2為SAV和EAV的數(shù)據(jù)格式。

表2 SAV和EAV的數(shù)據(jù)格式表

有了以上的分析可得到如圖6所示的有效視頻數(shù)據(jù)的采集流程[7][8]圖。

文中按照上述流程設(shè)計(jì)完成了圖像采集程序，圖7為利用Quartus II自帶的邏輯分析儀工具得到的采集圖像數(shù)據(jù)波形圖，其中邏輯分析儀的采樣時(shí)鐘為27M的ADC_LLC信號(hào)，data_in為圖像數(shù)據(jù)，ad_hs為水平同步信號(hào)。

圖6 有效視頻的采集流程

圖7 FPGA采集得到的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)

4.3 視頻圖像存儲(chǔ)模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊

由于FPGA內(nèi)的RAM資源有限，并為了以后擴(kuò)展方便系統(tǒng)外加了兩片512K*8的SRAM存儲(chǔ)器緩存采集的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)一幀圖像采集完成后，F(xiàn)PGA將SRAM中的數(shù)據(jù)寫入DA轉(zhuǎn)換芯片，同時(shí)開(kāi)始下一幀的采集。在本系統(tǒng)中視頻編碼芯片接收標(biāo)準(zhǔn)的8位CCIR-656數(shù)據(jù)，輸出為CVBS復(fù)合視頻信號(hào)。ADV7177的初始化配置和工作過(guò)程與ADV7181類似，這里不再贅述。

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照以上設(shè)計(jì)方案，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試，圖8為系統(tǒng)采集得到的在監(jiān)視器上顯示的一幅視頻圖像,其中ADV7181采用的是8位CCIR-656輸出格式，ADV7177的輸出格式為CVBS視頻信號(hào)。

圖8 系統(tǒng)采集的一幅視頻圖像

6、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可滿足于高性能的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)要求。此外，系統(tǒng)采用了FPGA設(shè)計(jì)方案，集成度高、設(shè)計(jì)靈活，而且用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，方便快捷，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。