采用FPGA的圖像采集卡的設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)視頻圖像采集系統(tǒng)的要求日益提高。傳統(tǒng)的圖像采集卡速度慢、處理功能簡(jiǎn)單、采用分立元件、電路非常復(fù)雜；而且可靠性差、不易調(diào)試、不能很好地滿足特殊要求。FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)是專(zhuān)用集成電路中集成度最高的一種，用戶可對(duì)FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I／O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶所需邏輯功能。用戶對(duì)FPGA的編程數(shù)據(jù)放入芯片，通過(guò)上電加載到FPGA中，對(duì)其進(jìn)行初始化；也可在線對(duì)其編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線重構(gòu)?；贔PGA技術(shù)的圖像采集主要是通過(guò)集成的FPGA開(kāi)發(fā)板，使用軟件編程把圖像的采集控制程序?qū)懭薋PGA開(kāi)發(fā)板的芯片上，通過(guò)仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行圖像的采集處理分析。通過(guò)這種方式，便于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，從而有效地縮短研發(fā)時(shí)間。

系統(tǒng)的組成及基本原理

　　該圖像采集系統(tǒng)主要由模擬視頻信號(hào)解碼模塊、IIC控制接口模塊采樣控制模塊、SDRAM存儲(chǔ)控制模塊組成，系統(tǒng)框架如圖1所示。

　
 
　　SAA7113H芯片把從CCD采集來(lái)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成YUV=422格式的數(shù)字圖像信號(hào)。這些信號(hào)在同步脈沖的作用下進(jìn)入采集控制器。采樣控制器在奇偶場(chǎng)控制信號(hào)下把圖像信息存人SDRAM中。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)由隔行掃描圖像到逐行圖像的轉(zhuǎn)化及存儲(chǔ)。
模擬視頻信號(hào)解碼

　　由于SAA7113H 芯片具有IIC接口，該模塊則通過(guò)IIC總線來(lái)配置SAA7113H初始化的信息。工作涉及SAA7113H的初始化字的配置、工作方式的配置；行同步開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志位、確定亮度、色度、飽和度的大小以及輸出圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的格式。

IIC控制接口模塊

　　IIC模塊作為SAA7113H寄存器初始酣置的整體控制模塊，具體可以分成IIC_cmd和數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)模塊，如同2所示。IIC_cmd模塊為純組合邏輯電路，完成信號(hào)的發(fā)送控制任務(wù)，配合rom_data[7.0]和 rom_addr[7.0]信號(hào)完成數(shù)據(jù)的尋址與存人等工作；而數(shù)據(jù)傳輸模塊主要和IIC_cmd模塊一起組合成IIC的數(shù)據(jù)控制寫(xiě)入模塊，它上要負(fù)責(zé)對(duì)IIC_cmd模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行緩存，并在其輸出端輸IIC總線的串行數(shù)據(jù)SDA以及IIC總線的串行時(shí)鐘信號(hào)SCL。

　
 
采樣控制模塊

　　采樣控制器模塊如圖3所示。模塊在Verilog編程語(yǔ)言的控制下，把SAA7113H輸出的一幀灰度數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶場(chǎng)的分開(kāi)存儲(chǔ)，達(dá)到隔行到逐行的圖像轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，通過(guò)控制行采集數(shù)和列采集數(shù)，滿足720