基于NiosII的視頻采集與DVI成像
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時(shí)間：2010-06-07
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Error：錯(cuò)誤狀態(tài)，ITU-RBT656規(guī)定Y=[16 235] CBCR=[16 240]范圍內(nèi)，越此范圍就為錯(cuò)誤狀態(tài)。如果capture=1，跳轉(zhuǎn)到Wait state狀態(tài)，否則停留在Error狀態(tài)。該系統(tǒng)具有自動(dòng)錯(cuò)誤恢復(fù)能力。
3.2 圖像剪裁處理
PAL-D制式視頻在ITU-RBT.656標(biāo)準(zhǔn)下，輸出像素面為720×576大小，而本設(shè)計(jì)中要求輸出大小為640×480像素面，所以必須使得行720像素變?yōu)?40個(gè)，采用每9個(gè)像素丟棄1個(gè)像素，因?yàn)閅/Cb/Cr是交替輸出的，即Cb-Y-Cr-Y傳輸，每個(gè)像素都有亮度數(shù)據(jù)Y，但是色度Cr和Cb是交替的。如果第1個(gè)像素是Cb和Y數(shù)據(jù)，則第8個(gè)像素即為Cr和Y數(shù)據(jù)，第9個(gè)像素為Cb和Y數(shù)據(jù)，現(xiàn)在丟棄第9個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，先把第10個(gè)素的Cr數(shù)據(jù)和第11個(gè)像素的Cb交換，這樣就保持了Cb和Cr的交替。視頻中采取每6行可視像素丟棄1行，對(duì)于576行可視像素，實(shí)際丟棄96行，即變?yōu)閷?shí)際可顯示480行。
3.3 圖像交織與存儲(chǔ)處理
視頻信號(hào)采集控制處理后產(chǎn)生行、場(chǎng)、幀、視頻有效標(biāo)志及每場(chǎng)視頻行數(shù)、每行像素點(diǎn)數(shù)。本設(shè)計(jì)利用這些信號(hào)組合作為存儲(chǔ)地址控制字寫(xiě)入SSRAM，每2個(gè)DATACLK為1個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，4個(gè)DATACLK為2個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)32 bit，F(xiàn)PGA控制每4個(gè)DATACLK寫(xiě)入一次32 bit數(shù)據(jù)。
每場(chǎng)視頻可視行為288行，占用2進(jìn)制位9 bit，奇偶場(chǎng)標(biāo)志1 bit，每行像素有640個(gè)，存入SSRAM時(shí)按照每2個(gè)像素寫(xiě)入一次，故每行像素為360個(gè)寫(xiě)入次，設(shè)計(jì)為9 bit，總共為19 bit，正好占用完19 bit地址線(xiàn)。
奇偶場(chǎng)標(biāo)志就是上述EAV/SAV狀態(tài)字中的F，電視視頻中，首先傳輸?shù)氖桥紨?shù)場(chǎng)，此時(shí)A9=0；其次傳輸?shù)氖瞧鏀?shù)場(chǎng)，此時(shí)A9=1。幀控制位frame定義為1 bit，當(dāng)完成一幀的傳輸后就使frame=frame+1，這樣幀控制位就是0-1-0-1-0-1序列，完成一幀傳輸就翻轉(zhuǎn)一次。幀控制位用來(lái)切換存儲(chǔ)體，當(dāng)幀控制位切換在第一片SSRAM上時(shí)，偶數(shù)場(chǎng)先存入到SSRAM中，然后奇數(shù)場(chǎng)數(shù)據(jù)嵌入到SSRAM中。
4 圖像處理和DVI編碼顯示
視頻采集的圖像已經(jīng)交替存入SSRAM中，當(dāng)一幀存儲(chǔ)完畢，該存儲(chǔ)體就可以進(jìn)行處理上傳。圖像處理包括Y/Cb/Cr 4：2：2格式轉(zhuǎn)化為Y/Cb/Cr 4：4：4，Y/Cb/Cr轉(zhuǎn)化為RGB格式，可實(shí)時(shí)RGB像素處理，像素處理后按照行、場(chǎng)同步信號(hào)依次送入DVI芯片。
4.1 YCrCb轉(zhuǎn)RGB處理
首先處理的是Y/Cb/Cr 4：2：2格式轉(zhuǎn)化為Y/Cb/Cr 4：4：4格式，就是對(duì)每個(gè)像素?cái)U(kuò)展其色度數(shù)據(jù)，使得每個(gè)像素為24 bit。其中8 bit為亮度數(shù)據(jù)，8 bit為Cr數(shù)據(jù)，8 bit為Cb數(shù)據(jù)。
由YCrCb數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)據(jù)可按照下式：
R=1.164×(Y-16)+1.596×(Cr-128)
G=1.164×(Y-16)-0.813×(Cr-128)-0.392×(Cb-128)(1)
B=1.164×(Y-16)+2.017×(Cb-128)
實(shí)際上FPGA片內(nèi)不能進(jìn)行小數(shù)運(yùn)算，因此把需要運(yùn)算的數(shù)左移9 bit，且運(yùn)用FPGA片內(nèi)的乘法器宏單元完成。則式(1)變?yōu)槭?2)：
R=596×Y+817×Cr-114 131
G=596×Y-416×Cr-200×Cb+69 370(2)
B=596×Y+1 033×Cb-141 787
這樣得到的RGB信號(hào)只需要右移9 bit就可以得到正確的8 bit數(shù)據(jù)位寬度的RGB信號(hào)，對(duì)RGB像素的處理受NiosII核控制，掛接在NiosII核上的Avalon從設(shè)備有3 bit控制信號(hào)，其值從0～7，分別對(duì)應(yīng)灰度處理、像素水平線(xiàn)性放大插值處理、水平縮小處理、原三彩色輸出和無(wú)定義。
若進(jìn)行灰度處理，則按照下式計(jì)算：
Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B(3)
在計(jì)算時(shí)也需要先左移9 bit，采用3路乘法MULT_
ADD宏單元計(jì)算，計(jì)算結(jié)果右移9 bit。如果進(jìn)行水平像素放大，則采取線(xiàn)性插值法，其他圖像處理按照相應(yīng)算法進(jìn)行。
4.2 視頻數(shù)據(jù)輸出和DVI配置
DVI輸出刷新頻率為75 Hz，輸出屏幕像素為640×480，查VGA時(shí)序表得到在640×480@75 Hz時(shí)，水平像素總共為840，垂直像素總共為500，行頻為37.5 kHz，點(diǎn)時(shí)鐘頻率為31.5 MHz，這個(gè)頻率由FPGA片內(nèi)PLL倍頻得到。配置DVI芯片引腳，設(shè)置IDCK+為像素時(shí)鐘31.5 MHz，IDCK-接地，DE表示有效像素?cái)?shù)據(jù)使能，其值在有效行和有效列內(nèi)為高電平，否則為低電平。行、場(chǎng)同步信號(hào)由在FPGA片內(nèi)編寫(xiě)的DVI模塊產(chǎn)生時(shí)序控制。通過(guò)I2C口配置SiI178芯片，設(shè)置其為正常工作方式，VSYNC、HSYNC為正常輸入狀態(tài)，輸入總線(xiàn)為24 bit寬，IDCK+下降沿將數(shù)據(jù)打入DVI編碼芯片。
系統(tǒng)采用FPGA為主控芯片，通過(guò)一片F(xiàn)PGA完成視頻解碼數(shù)據(jù)的采集和圖像處理，并在FPGA片內(nèi)配置NiosII軟核，作為初始化TVP5146和SiI178使用，在圖像處理模塊中掛接Avalon從設(shè)備，YCbCr轉(zhuǎn)換為RGB后可以通過(guò)NiosII處理器編寫(xiě)C算法處理或者通過(guò)NiosII的標(biāo)志信號(hào)進(jìn)行處理，處理結(jié)果直接送DVI編碼器。采用乒乓交織算法，保證了圖像不閃爍和無(wú)鋸齒現(xiàn)象。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/195400.htm
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