基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用單片FPGA，實(shí)現(xiàn)了圖像的采集、壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，具有體積小，集成度高，算法升級(jí)靈活方便的特點(diǎn)。詳述了模塊的圖像采集邏輯、RAM控制邏輯、壓縮算法邏輯和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的實(shí)現(xiàn)方法。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，性能滿足要求。
關(guān)鍵詞：FPGA；圖像壓縮；網(wǎng)絡(luò)傳輸；JPEG

0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化儀器以結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動(dòng)靈活，吞吐率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到重視，并在軍用自動(dòng)測試裝備中得到廣泛的應(yīng)用。隨著武器裝備圖像制導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要對圖像質(zhì)量等進(jìn)行評價(jià)，因此研制基于網(wǎng)絡(luò)的圖像采集處理系統(tǒng)，對提高自動(dòng)測試裝備的綜合能力具有重要意義。由于FPGA在流水線并行處理數(shù)據(jù)上具有強(qiáng)大優(yōu)勢，具有集成度高，體積小，可靈活配置等優(yōu)點(diǎn)，在圖像處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文介紹一種基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案。

1 總體設(shè)計(jì)
總體框圖如圖1所示，系統(tǒng)采用Altera公司推出的StratixⅡ系列EP2S60F484型號(hào)FPGA作為圖像采集處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮诵?，視頻A／D采用ADV7181B芯片，支持PAL，NTSC和SECAM多種制式視頻輸入。圖像采集處理在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，主要有3部分，分別為圖像采集模塊、RAM控制模塊和JPEG編碼器。NiosⅡ處理器作為主處理器，主要是通過I2C模塊對ADV7181B進(jìn)行配置，控制JPEG編碼器和實(shí)現(xiàn)圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。

2 主要功能模塊設(shè)計(jì)
2．1 圖像采集模塊
圖像采集模塊主要實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)檢測和圖像裁剪的功能。
CCD攝像頭輸出的視頻信號(hào)經(jīng)過ADV7181B芯片解碼，輸出符合ITU-R BT．601標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流。圖2所示為ADV7181B輸出的行同步信號(hào)參數(shù)和YCrCb信號(hào)時(shí)序圖。當(dāng)輸出“FF 00 00 XY”時(shí)，表示有效圖像數(shù)據(jù)的開始或者結(jié)束。其中XY[4]=0表示圖像數(shù)據(jù)開始信號(hào)(SAV信號(hào))；XY[4]=1表示圖像數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)(EAV信號(hào))；XY[6]=0表示奇場信號(hào)；XY[6]=1表示偶場信號(hào)。通過檢測EAV和SAV信號(hào)，分奇偶場提取有效的圖像數(shù)據(jù)。

根據(jù)輸出圖像大小的不同要求，需要對圖像進(jìn)行裁剪。構(gòu)造一個(gè)裁剪檢測電路，如圖3所示。利用像素時(shí)鐘和水平同步信號(hào)、垂直同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)圖像輸出大小要求，設(shè)定比較器數(shù)值，當(dāng)行列有效計(jì)數(shù)的數(shù)值在比較器設(shè)定的范圍之內(nèi)，檢測電路使RAM處于寫使能狀態(tài)，把圖像數(shù)據(jù)存入RAM。系統(tǒng)默認(rèn)的圖像輸出大小是720×576像素，如果圖像輸出大小為512×512像素，那么行有效計(jì)數(shù)中的比較器數(shù)值分別為52和308，提取奇場和偶場中的第53行到第308行數(shù)據(jù)。同理，列有效計(jì)數(shù)中比較器分別為16和272。