【正文】 顯示，大大提高了 PC 圖像質(zhì)量，這種基于 機的多媒體主控臺系統(tǒng)稱為數(shù)字化視頻圖像處理系統(tǒng)。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為實時圖像采集系 統(tǒng)的熱門話題。 數(shù)字計算機對于圖像處理技術有著劃時代的意義，在數(shù)字化信息時代，傳統(tǒng) 的模擬存儲處理方式正在被數(shù)字化方式取代。目前市場上， 芯片不論集成度還是運算速度都有了大幅度提升，市場 價格也大幅降低，種種因素使得 DSP 芯片成為圖像處理系統(tǒng)的主流趨勢，而圖 像采集處理系統(tǒng)也在這種情況下飛速發(fā)展。 在可用、不可用的地方，代價問題會成為考慮的重點，而在必須應用的地方，考 慮的重點則是實時圖像處理系統(tǒng)的性能及可行性。在現(xiàn)代多媒體技術中，實時 圖 像采集占有極其重要的地位。相比較 國內(nèi)，發(fā)達國家在圖像采集處理系統(tǒng)研究領域發(fā)展較快，其產(chǎn)品性能好、耐用、 可靠性強、使用 范圍廣，但價格比較昂貴。 九十年代末，隨著網(wǎng)絡帶寬、計算機處理能力和儲存容量的進一步提高，以 及各種視頻圖像處理技術的出現(xiàn)，圖像采集處理進入全數(shù)字化時代。 [4] 2 本科畢業(yè)設計論文 現(xiàn)代大容量高速度的 FPGA 以及相應可編程片上系統(tǒng) SOPC 技術的出現(xiàn)，為 圖像采集和處理系統(tǒng)提供了一種新的解決方案。用 FPGA 來處理數(shù)字信號可以很好的解決數(shù)據(jù)量大、處理速度不匹配、可 靠性低及精度小等問題，并能很好協(xié)調(diào)并行性與順序性的矛盾。但 是圖像處理依然面臨著許多挑戰(zhàn)性的問題，其中最主要的問題就是如何提高解決 實際復雜問題的綜合能力，就當前的技術水平來說，這種綜合能力包括圖像處理 的網(wǎng)絡化、復雜問題的求解與圖像處理速度的 實時化和高速化。當前半幀結(jié)束時，處于空閑狀態(tài)的 TMS32OC40 開始對前半幀 圖像數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果送入數(shù)據(jù)存儲器。其中視頻圖像處理算法 FPGA 實現(xiàn)部分可由用戶根據(jù)自己 的具體需求來實現(xiàn)，本論文的設計重心在于提供一個基于 FPGA 的視頻圖像處理 算法驗證平臺，不涉及具體算法的實現(xiàn)過程。 是在 的基礎上發(fā)展起來的，如 、 GAL22V10 等等，它主要采用 EEPROM 工藝，其輸出可編程的邏輯宏單元，GAL 的設計帶有較強的靈活性。其結(jié)構(gòu)圖如圖 22 所示： SRAM ODD 數(shù)據(jù)線 地址線 中斷 PC 機端 狀態(tài)信號 USB USB 驅(qū)動 狀態(tài)信號 奇場讀 控制 程序開發(fā) 視頻解碼 偶場讀 芯片 及圖像還 CCD CPLD/FPGA 原和處理 SAA711X 數(shù)據(jù)線 開始采集 讀選通 控制信號 數(shù)據(jù)線 地址線 SRAM EVEN 圖 22 CPLD+USB/PCI/ISA+PC 方案 這里以 USB 為例介紹方案一，其基本原理與基于 PCI 和 ISA 通訊方式的圖 像處理是一致的。 優(yōu)點 : ①以 USB 總線為通訊方式，即插即用，使用方便； ②使用 SAA7llx 系列解碼芯片和 CPLD/FPGA 可編程邏輯芯片，取代了以往 使用分立元件，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度； 缺點 : ①整個板卡部分只是完成了數(shù)據(jù)的采集部分，并沒有對圖像數(shù)據(jù)進行預處 PC 理，加重了 的負擔，限制了整個系統(tǒng)的處理速度； ②當板卡采集完一幀圖像后，以中斷的方式通知 USB 進行數(shù)據(jù)的傳送。這里選用高速 SRAMCY7C1049V33，其容量為 512k 8bit。 [10] 本文采用的系統(tǒng)設計方案 一個完整的視頻圖像采集及處理平臺不但要具備圖像信號的采集功能，能對 圖像進行實時顯示，且要求完成對圖像信號的分析，處理算法 如圖像壓縮、識 別等 以及圖像處理結(jié)果的反饋控制。經(jīng) SAA7113A/D 轉(zhuǎn)換成 YCrCb4:2:2 的數(shù)字視頻信號，其輸出視頻流 11 本科畢業(yè)設計論文 格式滿足 ITU601 建議，位寬為 8bit，碼流速率為 27Mbps。另外，整個 的采集系統(tǒng)軟 硬件調(diào)試也是一個難點。該芯片采用 2 I C CMOS 工藝，通過工 總線配置芯片內(nèi)部寄存器。 SAA7113 寄存器配置 通常情況下， CCD 輸出的是模擬視頻信號，不能直接進入 FPGA 芯片，必 須先對其視頻解碼，將行同步信號、場同步信號、奇偶場標志信號等各類信號從 復合的模擬視頻信號 CVBS 中分離出來。 系統(tǒng)主要器件選型 器件類型 器件型號 PLA 轉(zhuǎn) YCrCb Ph11ips SAA7113H FPGA 主板 Xilinx Virtex 5 XC5VLX50T FFG1136C 芯片 片 Cpress CY7C68013 系統(tǒng)難點分析 整個系統(tǒng)的設計主要有以下幾個難點： ? SAA7113 芯片配置 SAA7113 芯片的內(nèi)部配置寄存器多達上百個，必須正確配置每一個寄存器 值才能使其正常工作，輸出 YCrCb4:2:2 格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。 優(yōu)點 : ①以 USB 總線為通訊方式，即插即用，使用方便； ②使用 SAA7113H 系列解碼芯片和 CPLD/FPGA 可編程邏輯芯片，取代了以 往使用分立元件，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度； ③系統(tǒng)適應性和靈活性強由于采用 FPGA 可編程邏輯器件作為系統(tǒng)采集控 制單元，對于不同的視頻圖像信號，只要在 FPGA 內(nèi)對控制邏輯稍作修改，便可 實現(xiàn)信號采集。視頻采集 控制器產(chǎn)生的地址信號、寫信號和 SAA7113H 的 VPO 數(shù)據(jù)接口構(gòu)成了幀存寫通 道的入口； DSP 送來的地址線、數(shù)據(jù)線、讀信號構(gòu)成了幀存讀通道的出口，兩者 A B 交替在幀存控制器的控制下分別與幀存 幀存 連接。 幀存儲器的選用要根據(jù)需采集圖像的像素數(shù)來確定。然后再通過 2 I C 總線控制信號對 SAA7llx 寄存器進行配置，當完成所有的初始化工作后， PC 機端應用程序通過 USB 向 FPGA/CPLD 發(fā)送圖像采集命令， CCD 攝像頭輸出的 PAL 制式或 NTSC 制式的模擬視頻信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 SAA71lx 轉(zhuǎn)換成數(shù)字 視頻信號，用 FPGA/CPLD 作為采樣控制器，輸入進 FPGA/CPLD 芯片， FPGA/CPLD 根據(jù)狀態(tài)信號 RTSO 把奇偶場標志信號分別存儲在 SRAM ODD 和 SRAM EVEN 中。因此， CPLD 和 FPGA 被廣泛的應用于產(chǎn)品原型設計及小批量生產(chǎn) 一般用于 10，000 CPLD FPGA [8] 以下。其規(guī)模小，只能實現(xiàn)簡單的邏輯 功能。從整個系統(tǒng)設計來看， 它是采用多片處理器分擔相同任務的方法來達到提高系統(tǒng)處理速度 的目的。原因在于 :一方面， 圖像并行處理技術的發(fā)展難度很大，這種難度不僅在于圖像處理系統(tǒng)的硬件及系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身，以及它對計算機技術和集成電路等技術的依賴關系，而且在于實際 。 ?密度及功耗小：便攜式產(chǎn)品的發(fā)展，使得產(chǎn)品對現(xiàn)場可編程器件的高密度、 低功耗要求逐步提升。但 Altera 的技術支持可以使用 FPGA 內(nèi)部的硬件資源和內(nèi)部正進行外部設備的驅(qū)動 開發(fā)等，這樣大大減少硬件設計的復雜性。 國內(nèi)的 DSP 技術起步較晚，但發(fā)展較快， 90 年代末就有比較成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。但由于工業(yè)應用中視頻監(jiān)控等系統(tǒng)中信息流的形式以模擬視頻 信號為主，其系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網(wǎng) 絡，介質(zhì)專用的特點，因此系統(tǒng)盡管己經(jīng)發(fā)展到很高的水平，卻無多少潛力可挖， 其固有局限性存在，難以滿足更高的要求 ，數(shù)字化是必由之路 [5]。 [2] 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 視頻圖像經(jīng)過數(shù)字化后其數(shù)據(jù)量相當?shù)凝嫶?，傳統(tǒng)的圖像采集處理系統(tǒng)已經(jīng) 不能滿足如此高速數(shù)據(jù)的處理要求。另一方面，圖像并行處理技術的發(fā)展 所產(chǎn)生的效益也是十分顯著的，它在處理速度上所獲得的加速比是令人振奮的， 其實際應用系統(tǒng)也將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和社會效益。在視頻圖像處理技 術領域，傳統(tǒng)的脫機圖像處理系統(tǒng)己經(jīng) 滿足不了市場的需求，在這種趨勢下，大規(guī)模集成電路或?qū)Ｓ眯酒幚硐到y(tǒng)發(fā)展 DSP 壯大。從應用圖像處理技術的緊迫性 來看，其應用領域主要集中在消費類產(chǎn)品、軍事、工業(yè)自動化以及公安的形式偵 察上，在這些領域強有力的推動下，實時圖像處理技術得到了迅速的發(fā)展。如今，圖像采集系統(tǒng)大多采用實時圖像采集技術。國內(nèi)產(chǎn)品價格較低、但不論在可靠性、 制造工藝及精度上都有所欠缺。大規(guī)模集成 電路或?qū)Ｓ眯酒〈嬎銠C的脫機圖像處理系統(tǒng)。目前，在圖像方面已經(jīng)有很多成 熟 的 IP Core，如 2D 濾波器、 2D 快速傅里葉變換、顏色空間轉(zhuǎn)換、 JPEG 圖像編 碼器等。因 FPGA 靈活的