基于FPGA的電子穩(wěn)像系統(tǒng)的設(shè)計

由于系統(tǒng)中進行放大變換采用FPGA實現(xiàn)，因此本文討論的重點在于如何簡化實現(xiàn)并提高轉(zhuǎn)換速度，上轉(zhuǎn)換中的上采樣過程為：

(1)式中Ψs,1和Ψs,3分別為原理圖像和上采樣信號;U(.)為上采樣運算;Λ2Λ1表示在Λ2而不在Λ1內(nèi)的點的集合。插值濾波器的定義如下：

(2)式中，d(Λ)為柵格Λ的采樣密度;v*表示柵格Λ的轉(zhuǎn)逆柵格的Voronoi單元，即柵格Λ原點的單位元，它向所有柵格點平移將會無重疊地覆蓋整個連續(xù)空間。最簡單的插值濾波為線性插值，也可以采用二加權(quán)濾波的方法。圖像的縮放還可以采用3次樣條插值和小波分解的方法，雖然這些方法在理論上可以取得很好的圖像縮放效果，但計算復(fù)雜，即使采用快速算法，也難以實現(xiàn)視頻圖像的實時顯示。

針對視頻信號數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)流速度的特點，采用FPGA設(shè)計，可以完成幀存控制、視頻信號的實時放大與疊加功能。基于運算速度與算法實現(xiàn)的難易程度分析，對視頻信號的放大采用了簡單的線性插值的辦法，原理如圖5所示。視頻信號是以場或幀進行存儲的，由于數(shù)據(jù)寫入時存儲地址與圖像顯示的空間位置有確定的對應(yīng)關(guān)系，因此系統(tǒng)需要的放大處理就變?yōu)閷鎯w的地址線的控制問題。

對于本系統(tǒng)具體的4倍放大要求，將行同步信號先進行二倍行使能運算，并利用場同步信號對該寄存器進行復(fù)位，將生成后的二分頻行同步信號控制行地址發(fā)生器，也就是產(chǎn)生幀存儲器所需的高位地址;類似地利用像素時鐘、行同步信號和場同步信號就可以得到所需的低位地址。由于在幀存控制器向幀存儲器寫入數(shù)據(jù)時采用了一行點1024個位置的辦法，所以在低位地址后連接了一個比較器，當產(chǎn)生的低位地址小于640時，幀存儲器的讀信號有效，否則無效，以保證不會混疊入無效的數(shù)據(jù)。

1.5 VGA接口控制器

標準的VGA(640×480，60Hz)接口需要提供以下幾組信號：3個RGB模擬信號、行同步信號HS和場同步信號VS。它的信號時序如圖6所示。

圖6中VS為場同步信號，場周期為16.683ms，每場有525行，其中480行為有效顯示行，45行為場消隱區(qū)，場同步信號每場有一個脈沖，該脈沖的低電平寬度為63μs(2行)。行周期為31.78μs，每顯示行包括800點，其中640點為有效顯示區(qū)，160點為行消隱區(qū)(非顯示區(qū))。行同步信號HS每行有一個脈沖。該脈沖的低電平寬度為3.81μs(即96個脈沖)。因此，VGA控制器的任務(wù)就是按要求產(chǎn)生所需要的時序。