紅外視頻采集與顯示系統(tǒng)設計

紅外視頻采集與顯示系統(tǒng)設計

0數(shù)字視頻接口的應用隨著電子技術的快速發(fā)展，紅外檢測技術在軍事和民用領域得到了廣泛應用。目前，仍有許多視頻顯示系統(tǒng)需要使用到PAL/NTSC制式AV/S-Video接口的終端顯示設備，帶有視頻圖形陣列(videographicsarray,VGA)模擬視頻接口的計算機顯示器也會被廣泛使用。同時，隨著近幾年電子技術的高速發(fā)展，特別是高速移動網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的普及，對圖像采集的清晰度、幀率有了更高的要求，支持更高視頻規(guī)格的高清多媒體接口(highdefinitionmultimediainterface,HDMI)接口已被廣泛運用于計算機系統(tǒng)以及數(shù)碼顯示設備等。HDMI是數(shù)字高清多媒體接口，直接數(shù)字信號的傳輸可以減少多次數(shù)模轉換所帶來的損失，同時可以使傳輸距離更遠、信號帶寬更大、抗干擾能力更好。本文設計了一種帶有AV/S-Video,VGA,HDMI視頻接口的紅外成像顯示系統(tǒng)。1視頻存儲緩沖器運行控制如圖1所示，紅外探測器將模擬視頻信號通過4路讀出電路輸出，經(jīng)過信號放大電路后進入模/數(shù)轉換電路，轉換后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)送入FPGA中，使用SRAM乒乓緩存算法來實現(xiàn)視頻的緩存并連同F(xiàn)PGA構建的對應的時序信號一起傳輸?shù)饺N接口的視頻驅動模塊中。VGA顯示模塊:數(shù)字視頻信號輸入到VGA顯示芯片ADV7123中，ADV7123芯片完成對數(shù)字視頻信號的數(shù)模轉換，將模擬視頻數(shù)據(jù)和FPGA產生的行同步信號Hsync、幀同步信號Vsync通過VGA接口傳送給顯示器顯示2硬件電路設計2.1模擬視頻放大電路由紅外探測器讀出電路輸出的4路模擬視頻信號首先通過跟隨電路完成第一級放大，該級放大不改變模擬視頻信號的電壓幅值，只增加了其驅動能力。經(jīng)過第一級放大的信號進入第二級差分放大，完成對單端信號轉差分信號的調整，減小了共模噪聲的干擾，同時調整信號的幅值范圍以滿足模數(shù)轉換模塊對輸入信號幅值的要求。2.2模型數(shù)交換電路模數(shù)轉換電路通過4路模數(shù)轉換器實現(xiàn)對模擬信號到數(shù)字信號的轉換，并將轉換后的數(shù)字視頻信號輸入給FPGA中。2.3f緩沖區(qū)和傳輸模塊紅外探測器輸出的為所探測的圖像灰度值的模擬信號，經(jīng)由模數(shù)轉換器采樣后轉換為范圍為0～22.4電梯接口驅動程序模塊采用AnalogDevices公司的ADV7123芯片2.5pal/ntsc模式采用AnalogDevices公司的AD725芯片將VGA模擬視頻信號(RGB制式)轉換為PAL/NTSC制式并通過AV或S-Video接口傳輸?shù)斤@示終端設備上顯示。VGA接口主要包括2個同步信號和3個視頻信號，即水平同步(行同步)信號HSync，垂直同步(幀同步)信號VSync，以及R(紅)、G(綠)、B(藍)三色視頻信號。HSync和VSync邏輯電平輸入到AD725內部共同產生綜合同步，R(紅)、G(綠)、B(藍)三色視頻信號對應輸入到AD725芯片上的RIN、GIN、BIN輸入管腳中以轉換視頻制式并輸出。AD725支持PAL制式和NTSC制式視頻，PAL即逐行倒相正交平衡調幅制，是我國電視采用的標準，NTSC是全國電視系統(tǒng)委員會制式，是美國電視采用的標準。PAL/NTSC模式選擇由管腳STND決定，對應的輸入時鐘管腳為4FSC。當輸入STND為高電平時，芯片工作在NTSC模式，對應的輸入時鐘頻率應為14.318180MHz;當STND為低電平時，芯片工作在PAL模式，對應的輸入時鐘頻率應為17.734475MHz。視頻輸出提供兩種接口方法:AV接口，對應信號為管腳10(CMPS)的綜合視頻(compositevideo)輸出;S-Video接口，采用亮度和色度組成圖像控制，管腳11(LUMA)是亮度輸出，管腳9(CRMA)是色度輸出。2.6adv6513概述采用AnalogDevices公司的ADV7513芯片驅動終端設備顯示。ADV7513支持HDMIV1.4協(xié)議，最大采樣頻率165MHz。FPGA將數(shù)字視頻信號(RGB888制式)輸入到ADV7513芯片D0—D23管腳中，同時提供行同步信號Hsync以及幀同步信號Vsync。HDMI可以同時傳輸視頻信號和音頻信號，由于本設計只包含視頻信號，音頻相關輸入管腳(SPDIF、I2.7幀同步信號vsyncVGA、AV/S-Video和HDMI協(xié)議的時序構建要求類似，即行同步信號Hsync以及幀同步信號Vsync的生成方法大同小異，現(xiàn)僅以HDMI下720×480P分辨率的圖像為例。按HDMI工業(yè)標準規(guī)定，如圖2所示，每場信號對應525個行周期，其中45個行周期為場消隱周期，幀同步信號Vsync則需要每525個行周期觸發(fā)一次。每行信號對應總共858個像素周期，其中138個像素周期為行消隱周期，720個像素周期為有效視頻像素傳輸周期，行同步信號Hsync則需每858個像素周期觸發(fā)一次。在視頻數(shù)據(jù)周期(videodataperiod)，有效的視頻數(shù)據(jù)進行傳輸;在數(shù)據(jù)島周期(dataislandperiod)，音頻和auxiliary數(shù)據(jù)以包的形式進行傳輸也會有行同步信號Hsync與幀同步信號Vsync;在控制周期(controlperiod)，控制信號CTLx和行同步信號Hsync，幀同步信號Vsync進行傳輸。數(shù)據(jù)島周期和控制周期都是在消隱區(qū)進行。3紅外成像系統(tǒng)顯示模塊的設計紅外成像系統(tǒng)可廣泛