基于FPGA的图像采集卡的设计.docVIP

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 610031)中图分类号 TP391, 文献标志码 B 摘要:本文介绍了一种基于FPGA前端图像采集卡系统视频芯片SAA7113H采控制器存储RAM。由该系统得到分辨率720*576、25帧/秒的图像。SAA7113H的初始化设置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。 图像采集卡FPGA，I2C总线，采样控制器The design of image sampling card based on FPGA Zheng Qianhong Wang Li Gao Xiaorong Abstract: This article introduces a front-end image sampling system based on FPGA technology. This system includes three parts: image decoding chip SAA7113H which is in charge of A/D convert; the sampling controller; the SDRAM storing chips. The collected image solution is 720*576, with the velocity of 25FPS. The setup of the SAA7113H is done with the I2C-bus. The image sampling system has many advantages such as highly integrated, flexible designing and highly reliability. So this image sampling card can be used in high speed image acquisition system Key words: image sampling card, FPGA , I2C-bus, the sampling controller 1 引言 现代化生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Y U V =4 2 2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信存入。由隔行到逐行图像的转化。 图2 I2C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 2.4 SDRAM控制存储模块 　　　　　　　　　 图4 SDRAM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，发出控制读写信号来使数据存储到SDRAM模块里面；SDRAM模块则通过本身的逻辑存储单元，把从SDRAM控制接口模块出来的数据存储到自身的存储空间中。 3 方案模拟仿真及具体实现 3.1 采样控制器的功能仿真 　　 图5　控制器同步状态机 Idel：默认空闲状态（开始或复位状态）。此时如果收到数据8‘hff，进入State1,其它情况在本状态停留。 State1: 开始接收数据状态。此时收到数据8’h00 ,进入State2；收到数据8’hff，停留在本状态，其它情况返回Idel。 State