基于fpga的图像采集卡的设计

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时间:2018-03-29

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1、基于FPGA的图像采集卡的设计郑千洪王黎高晓蓉(西南交通大学光电研究所,四川成都)中图分类号TP391,文献标志码B摘要:本文介绍了一种基于FPGA的前端图像采集卡的系统设计。该系统主要包括视频A/D转化芯片SAA7113H、采样控制器下、存储芯片SDRAM。由该系统得到分辨率720*576、25帧/秒的图像。SAA7113H的初始化设置通过I2C总线来实现。这种图像采集卡系统由于集成度高,设计灵活,系统可靠性高,可以满足高性能的图像采集系统。关键词:图像采集卡,FPGA,I2C总线,采样控制器ThedesignofimagesamplingcardbasedonF

2、PGAZhengQianhongWangLiGaoXiaorongAbstract:Thisarticleintroducesafront-endimagesamplingsystembasedonFPGAtechnology.Thissystemincludesthreeparts:imagedecodingchipSAA7113HwhichisinchargeofA/Dconvert;thesamplingcontroller;theSDRAMstoringchips.Thecollectedimagesolutionis720*576,withtheveloc

3、ityof25FPS.ThesetupoftheSAA7113HisdonewiththeI2C-bus.Theimagesamplingsystemhasmanyadvantagessuchashighlyintegrated,flexibledesigningandhighlyreliability.SothisimagesamplingcardcanbeusedinhighspeedimageacquisitionsystemKeywords:imagesamplingcard,FPGA,I2C-bus,thesamplingcontroller1引言现代化生

4、产和科学研究对视频图像采集系统的要求日益提高。传统的图像采集卡速度慢、处理功能简单、采用分立元件、电路非常复杂;而且可靠性差、不易调试、不能很好地满足特殊要求。FPGA(现场可编程门阵列)是专用集成电路中集成度最高的一种,用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现用户所需逻辑功能。用户对FPGA的编程数据放入芯片,通过上电加载到FPGA中,对其进行初始化;也可在线对其编程,实现系统在线重构。基于FPGA技术的图像采集主要是通过集成的FPGA开发板,使用软件编程把图像的采集控制程序写入FPGA开发板的芯片上,通过仿真技术来进行图像的采集处理分析。通过这

5、种方式,便于及时地发现设计中的错误,从而有效地缩短研发时间。2系统的组成及基本原理该图像采集系统主要由模拟视频信号解码模块,I2C控制接口模块,采样控制模块,SDRAM存储控制模块。图1图像采集卡系统框架图SAA7113H芯片把从CCD采集来的模拟视频信号转化成YUV=422格式的数字图像信号。这些信号在同步脉冲的作用下进入采集控制器。采样控制器在奇偶场控制信号下把图像信息存入SDRAM中。该系统可以实现由隔行扫描图像到逐行图像的转化及存储。2.1模拟视频信号解码由于SAA7113H芯片具有I2C接口,该模块则通过I2C总线来配置SAA7113H初始化的信息。工作涉

6、及SAA7113H的初始化字的配置、工作方式的配置;行同步开始和结束标志位、确定亮度、色度、饱和度的大小以及输出图像数据信号的格式。2.2I2C控制接口模块I2C模块作为SAA7113H寄存器初始配置的整体控制模块。具体可以分成I2C_cmd和数据传输两个模块。I2C_cmd模块为纯组合逻辑电路,完成信号的发送控制任务,配合rom_data[7.0]和rom_addr[7.0]信号完成数据的寻址与存入等工作;而数据传输模块主要和I2C_cmd模块一起组合成I2C的数据控制写入模块,它主要负责对I2C_cmd模块的输出信号进行缓存,并在其输出端输出I2C总线的串行数据

7、SDA以及I2C总线的串行时钟信号SCL。图2I2C控制模块及数据传输模块2.3采样控制模块模块在Verilog编程语言的控制下,把SAA7113H输出的一帧灰度数字视频图像数据进行奇偶场的分开存储,达到隔行到逐行的图像转换,与此同时,通过控制行采集数和列采集数,满足720*576、25帧/秒的分辨率的要求。图3采样控制器模块2.4SDRAM控制存储模块         图4SDRAM控制及SDRAM存储模块SDRAM模块作为数据的存储模块,可以具体分成SDRAM控制接口模块以及SDRAM存储模块(SDRAM)。SDRAM控制接口模块用于对数据存储的控制,发出控

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