基于FPGA的高分辨率圖像采集卡.pdf

1、隨著計算機科學和視頻技術(shù)的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換的任務,在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成

2、基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術(shù)之間的關系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點,并根據(jù)系統(tǒng)實際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹

3、了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,

4、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調(diào)工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗證結(jié)果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結(jié)果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達到了系統(tǒng)設計中所給出的性能指