基于FPGA的視頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

摘要：目前數(shù)字相機(jī)逐步取代模擬相機(jī)應(yīng)用在光電測(cè)量設(shè)備中，因此圖像處理器也逐漸轉(zhuǎn)化為接收數(shù)字視頻的接口，對(duì)數(shù)字圖像處理器檢測(cè)的信號(hào)發(fā)生器的研制也變得十分迫切。本文介紹了一種基于FPGA的兩種數(shù)字視頻格式輸出的視頻發(fā)生器，它可以產(chǎn)生LVDS制式的數(shù)字視頻信號(hào)和CamerLink制式的數(shù)字視頻信號(hào)，而且可以通過(guò)串口對(duì)產(chǎn)生的視頻中的目標(biāo)大小、運(yùn)動(dòng)速度、灰度及背景灰度進(jìn)行實(shí)時(shí)更改。它滿(mǎn)足了對(duì)數(shù)字視頻輸入的圖像處理平臺(tái)的檢測(cè)，具有一定應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列；視頻發(fā)生器；LVDS；圖像處理平臺(tái)

0 引言
在光電測(cè)量系統(tǒng)中，需要圖像處理器進(jìn)行圖像采集、處理。而為了對(duì)圖像處理器的圖像采集能力及處理能力進(jìn)行評(píng)估、檢測(cè)，常常需要對(duì)圖像處理器輸入特定視頻，進(jìn)行各項(xiàng)功能測(cè)試。目前隨著數(shù)字化相機(jī)的廣泛應(yīng)用，圖像處理器多采用數(shù)字化接口。而且對(duì)圖像處理器的檢測(cè)要求信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的視頻內(nèi)容越來(lái)越豐富，幀頻越來(lái)越高，而目前檢測(cè)圖像處理器的信號(hào)發(fā)生器多是標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻輸出，如文獻(xiàn)提出的模擬視頻發(fā)生器，有的雖然能產(chǎn)生數(shù)字視頻但內(nèi)容是固定的，如果對(duì)內(nèi)容進(jìn)行更改則需要對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器重新編程以達(dá)到要求，比較麻煩，不能滿(mǎn)足日益復(fù)雜的要求。因此靈活改變視頻內(nèi)容的數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的研制變得十分迫切。本文提出一種數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，此方法可以同時(shí)得到LVDS和CamerLink制式的視頻，供數(shù)字化圖像處理器檢測(cè)使用。本文提出的設(shè)計(jì)方法除可以脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立使用外，如果想實(shí)時(shí)更改信號(hào)發(fā)生器輸出視頻的各項(xiàng)參數(shù)，無(wú)需重新改寫(xiě)程序，只需把該信號(hào)發(fā)生器通過(guò)串口連接到計(jì)算機(jī)上，即可通過(guò)人機(jī)交互的方式對(duì)視頻中的目標(biāo)灰度、背景灰度，目標(biāo)大小、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行更改。此外目標(biāo)的背景還可以從板卡上的SDRAM中選取。與以往的視頻信號(hào)發(fā)生器相比，本文提出的信號(hào)發(fā)生器除能產(chǎn)生多種數(shù)字化視頻外，還能靈活更改所產(chǎn)生的視頻各項(xiàng)參數(shù)，因此具有一定應(yīng)用價(jià)值。

1 硬件組成
數(shù)字視頻發(fā)生器主要卣FPGA模塊、單片機(jī)模塊、串行通信模塊、TTL轉(zhuǎn)L,VDS模塊、FTL轉(zhuǎn)CamerL,ink模塊、SDRAM模塊組成，整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．1 工作原理
數(shù)字式視頻信號(hào)主要由行同步、幀同步、像素時(shí)鐘、圖像數(shù)據(jù)組成。其中行同步?jīng)Q定一行的起始位置，幀同步?jīng)Q定一幀圖像的起始位置，像素時(shí)鐘決定一行有多少列圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)字圖像的組成，可以看出如果想要生成一幅數(shù)字圖像，必須包含上述要素。其行幀信號(hào)同圖像的關(guān)系如圖2所示，其中VSYN表示幀同步信號(hào)，HSYN表示行同步信號(hào)。