基于SoPC的實(shí)時(shí)視頻處理與顯示設(shè)計(jì)

　　視頻輸入模塊的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。經(jīng)過(guò)灰度變換YcrCb4：2：2格式視頻信號(hào)在像素時(shí)鐘控制下輸入FIFO緩沖器。彩條測(cè)試信號(hào)模塊在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，給出一個(gè)非常簡(jiǎn)單的測(cè)試信號(hào)，可以模擬為信號(hào)源，以方便系統(tǒng)的調(diào)試。色度轉(zhuǎn)換模塊將YCrCb格式轉(zhuǎn)換為RGB格式，并把其值寫到FIFO緩沖器中。Avalon DMA把圖像數(shù)據(jù)寫到系統(tǒng)存儲(chǔ)器(SDRAM)中，當(dāng)完成一幀圖像需寫操作時(shí)，給Nios II處理器一個(gè)中斷信號(hào)。

在色度空間的轉(zhuǎn)換模塊中，采用FPGA片內(nèi)的資源，利用MegaCore構(gòu)造一個(gè)乘加器件完成運(yùn)算。根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣中YUV的比例關(guān)系，將信號(hào)放大一定的倍數(shù)，使其接近一個(gè)整數(shù)值。YUV信號(hào)的最大值為255，但是10 bit DATA可以接收1 023亮度等級(jí)的調(diào)節(jié)，所以這個(gè)比例可以放大4倍左右(如果超出1 023就按1 023的等級(jí)計(jì)算)。根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最后得出，按照如下的運(yùn)算規(guī)則最接近轉(zhuǎn)換矩陣：

　　4 Nios II系統(tǒng)的生成

　　用SoPC Builder可以進(jìn)行系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)和底層軟件生成。進(jìn)行硬件模塊設(shè)計(jì)時(shí)，SoPC Builder提供了圖形化配置界面，備有一些常用外設(shè)的IP模塊，如SDRAM、Flash RAM、UART、Interval timer、Parallel I/O等。Nios II軟核所含的組件如圖7所示。

　　在SoPC Builder自帶的IP核庫(kù)中并沒(méi)有I2C配置模塊、視頻輸入模塊和LCD controller模塊的IP核，這些模塊是根據(jù)寄存器特點(diǎn)以及功能要求自行設(shè)計(jì)的，并以IP核的形式通過(guò)Avalon總線連接到SoPC系統(tǒng)上。在建立了基于Nios II處理器的SoPC系統(tǒng)后，需要進(jìn)行一些系統(tǒng)設(shè)置才能生成最終的Nios II系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)配置除了對(duì)外設(shè)設(shè)置外，還包括啟動(dòng)程序、中斷向量表、系統(tǒng)啟動(dòng)地址等的設(shè)置。

　　本文介紹了基于SoPC技術(shù)的視頻采集方案以及對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行灰度直方圖統(tǒng)計(jì)及灰度均衡化的實(shí)現(xiàn)。該方案結(jié)合SoPC技術(shù)在軟硬件可裁剪、可升級(jí)、可擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，大大縮短了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)周期，有很好的應(yīng)用前景和科研價(jià)值