一種基于FPGA的電子穩(wěn)像系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　1.3 幀存控制器

　　幀存儲(chǔ)器是圖像處理器與顯示設(shè)備之間的通道，所有要顯示的圖形數(shù)據(jù)先存放到幀存儲(chǔ)器中，然后再送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，因此幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)是圖形顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。傳統(tǒng)上，可以實(shí)現(xiàn)幀存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器件有多種，如DRAM、SDRAM及SRAM等。DRAM、SDRAM屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，容量大、價(jià)格全家但速度較慢，且在使用中需要定時(shí)刷新。對(duì)于基于FPGA的視頻處理器，需要設(shè)計(jì)專用的刷新電路，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。SRAM速度高、接口簡單、容量較小。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，容量不斷增大，價(jià)格也不斷下降。在需要高速實(shí)時(shí)顯示的視頻處理系統(tǒng)中的使用越來越普遍。

　　幀存控制器的設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)兩種不同視頻系統(tǒng)之間的圖像信號(hào)的存儲(chǔ)、采集和顯示顯得非常重要。為了保證數(shù)據(jù)處理與采集的連續(xù)，設(shè)計(jì)中使用了兩組幀存儲(chǔ)器(FRAM1、FRAM2)，由于數(shù)字化的圖像每幀大小為640×480=307200(16bit)共300K×16bit的數(shù)據(jù)量，筆者使用每組512K×16bit的靜態(tài)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)時(shí)間為12ns，可以保證快速地讀出和寫入圖像數(shù)據(jù)。圖3為幀存控制器的邏輯框圖。

　　由于輸入信號(hào)為隔行掃描的圖像數(shù)據(jù)，顯示輸出需要逐行掃描數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)存入幀存儲(chǔ)器時(shí)需要進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)中采用場(chǎng)合并行法，將兩場(chǎng)的數(shù)據(jù)寫入一個(gè)幀存中，構(gòu)成一幅完整的逐行掃描圖像，系統(tǒng)利用VREF信號(hào)對(duì)此進(jìn)行控制，產(chǎn)生的幀切換控制信號(hào)控制數(shù)據(jù)在兩個(gè)幀存中的切換。當(dāng)VREF信號(hào)有效時(shí)，表明新的一場(chǎng)開始了，此時(shí)無效行計(jì)數(shù)器開始工作，控制不需要采集的圖像行，計(jì)數(shù)到閾值后，有效行計(jì)數(shù)器開始工作，控制所要采集的圖像行，并發(fā)出高位地十信號(hào)A[18..11];同樣，當(dāng)HREF有效后，無效像素計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)每行中的無效像素，然后有效像素計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)需要采集的行聽有效像素;每次計(jì)滿640個(gè)像素后，等待下一次有效行信號(hào)的到來，同時(shí)將有效行計(jì)數(shù)器加1。由于系統(tǒng)選用的幀存容量較大，因此利用ODD的反相信號(hào)作為幀存地址的A10，為每行圖像提供了1024個(gè)存儲(chǔ)空間(實(shí)際使用640個(gè))，可以簡化數(shù)據(jù)寫入與讀出的控制電路。隔行的視頻信號(hào)就會(huì)被逐行地存儲(chǔ)到幀存體中。總線隔離與控制電路用來完成數(shù)據(jù)在幀存中的寫入與讀出的同步。由于采用SRAM作為幀存體，有效像素的寫入與后續(xù)視頻接口的讀出不能在一個(gè)幀存體中同時(shí)進(jìn)行，系統(tǒng)采用雙幀存輪流操作的方法，系統(tǒng)采用雙幀存輪流操作的方法：當(dāng)數(shù)字化后的圖像信息寫入其中的一個(gè)幀存時(shí)，幀存控制器將另一個(gè)幀存中的像素順序讀出，送到顯示設(shè)備，反之亦然。