一種多路視頻圖像采集顯示電路

一種多路視頻圖像采集顯示電路

1圖像顯示電路隨著信息技術(shù)的發(fā)展，燈光燈系統(tǒng)的圖像顯示處理系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。這就要求圖像顯示電路能夠收集多傳感器的圖像，并將狀態(tài)信息疊加在一起，格式信息大于1600-1200。目前的圖形適配器(顯卡)大多能夠支持1600×1200的高分辨率顯示2同步編碼顯示數(shù)據(jù)DVI技術(shù)采用數(shù)據(jù)直流平衡編碼技術(shù),將低頻率的參考時(shí)鐘與高編碼率的數(shù)據(jù)流同步傳輸,通過不同的編碼碼組將顯示數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)分時(shí)傳輸,在接收端通過特殊碼型組合同步數(shù)據(jù)、恢復(fù)像素時(shí)鐘、分離顯示同步控制信號(hào)3視頻監(jiān)控單元圖像顯示電路主要由視頻圖像采集單元、圖像緩存單元、DVI控制器、DVI接口、PCI通訊接口等單元組成。如圖1所示。視頻圖像采集后,存入圖像緩存單元3.1tvp5154電路設(shè)計(jì)視頻圖像采集單元由模擬視頻解碼電路和數(shù)字視頻接口電路組成,能夠滿足不同視頻格式采集的需要。模擬視頻電路主要采集CCD視頻傳輸?shù)哪M視頻信號(hào),兼容NTSC、PAL及SECAM等制式,由視頻解碼器和圖像色彩空間轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。視頻解碼器電路選擇德州儀器的低功耗視頻解碼器TVP5154,該芯片集成了4個(gè)獨(dú)立的視頻解碼器,非常適合視頻監(jiān)控等多輸入視頻應(yīng)用,能夠同時(shí)接收4路獨(dú)立的模擬視頻圖像信號(hào)。輸入,能夠?qū)TSC、PAL及SECAM等格式轉(zhuǎn)換為4∶2∶2的YCrCb數(shù)字視頻流輸出,TVP5154采用4個(gè)專用I2C地址,允許控制器對(duì)TVP5154的4個(gè)集成視頻解碼器同時(shí)或單獨(dú)編程。而且,每個(gè)TVP5154器件僅需單個(gè)14.31818晶振進(jìn)行驅(qū)動(dòng),可額外節(jié)省板級(jí)空間與成本。本設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)上電后,FPGA通過I2C總線將配置信息寫入TVP5154,TVP5154四路轉(zhuǎn)換器同時(shí)開始工作,其輸出的YCrCb格式數(shù)字碼流信號(hào)直接進(jìn)入FPGA,由于視頻同步信號(hào)內(nèi)嵌在數(shù)字碼流中,數(shù)據(jù)流進(jìn)入FPGA后,由同步信號(hào)分離單元將圖像有效數(shù)據(jù)、行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)從數(shù)據(jù)流中分離,分離后FPGA根據(jù)行同步、場(chǎng)同步來(lái)控制圖像完成色彩空間轉(zhuǎn)換YCrCb標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流占用極少的帶寬,便于壓縮、方便存儲(chǔ),但是在高分辨圖像顯示中采用的是RGB模型,因此在視頻圖像存儲(chǔ)過程中需要完成YCrCb到RGB的色彩空間轉(zhuǎn)換。YCrCb色彩空間與RGB色彩空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:R=1.164(Y-64)+1.596(Cr-512)G=1.164(Y-64)-0.813(Cr-512)-0.392(Cb-512)B=1.164(Y-64)+2.017(Cb-512)為了便于FPGA實(shí)現(xiàn),使得FPGA邏輯能夠完成浮點(diǎn)運(yùn)算的色彩空間變換,在保證精度的情況下將空間轉(zhuǎn)換關(guān)系更改為R=(1/256)×[298(Y-64)+408(Cr-512)]G=(1/256)×[298(Y-64)-208(Cr-512)-100(Cb-512)]B=(1/256)×[298(Y-64)+516(Cb-512)]經(jīng)過更改后,避免了浮點(diǎn)運(yùn)算的出現(xiàn),其中的除法運(yùn)算在FPGA程序中可以通過簡(jiǎn)單的移位運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn),減少了對(duì)FPGA資源的占用。3.2視頻同步信號(hào)時(shí)序本電路中,DVI控制器需要完成對(duì)模擬視頻電路、數(shù)字接口電路、PCI接口以及圖像緩存電路的控制,并實(shí)現(xiàn)DVI接口控制時(shí)序,此處采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)所需功能。DVI接口有行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)、像素時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)有效信號(hào)以及紅、藍(lán)、綠顏色信號(hào)等信號(hào)用于顯示控制。在高分辨顯示中,DVI對(duì)顯示時(shí)序的要求非常嚴(yán)格,如果同步信號(hào)沒有同步好,會(huì)造成顯示數(shù)據(jù)丟失、圖像混亂等問題,DVI的這些特性使得在應(yīng)用中必須有專門的DVI控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)DVI驅(qū)動(dòng)時(shí)序VESA定義了標(biāo)準(zhǔn)的視頻輸出時(shí)間格式的通用計(jì)算公式(GTF),在各種分辨率情況下的同步信號(hào)參數(shù)都可以通過上述公式計(jì)算得出,包括行頻(hs)、場(chǎng)頻(vs)、前后沿的長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)有效期(DE)以及行場(chǎng)消隱期(blank)。不同分辨率下,這些信號(hào)是一致的,只是各信號(hào)的高低電平時(shí)間不同。1600×1200@60Hz分辨率下的主要信號(hào)參數(shù)如表1所示,圖2所示為同步信號(hào)時(shí)序。DVI時(shí)序驅(qū)動(dòng)由ALTERA公司的CycloneIII來(lái)實(shí)現(xiàn),FPGA來(lái)完成參數(shù)配置、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生、行場(chǎng)同步信號(hào)產(chǎn)生等。3.3多片sram構(gòu)成圖像緩沖圖像緩存包括視頻圖像層緩存和背景層緩存。視頻圖像層緩存主要存儲(chǔ)來(lái)自外部的CCD視頻圖像數(shù)據(jù),背景層緩存用來(lái)存儲(chǔ)光電系統(tǒng)狀態(tài)信息圖層數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)中采用SRAM作為圖像緩存,SRAM是單端口儲(chǔ)器,在同一時(shí)間只能完成讀操作或者寫操作,兩種操作不能同時(shí)進(jìn)行,因此在設(shè)計(jì)中使用多片SRAM構(gòu)成圖像緩存,通過FPGA狀態(tài)機(jī)控制多塊SRAM進(jìn)行乒乓讀寫操作:每經(jīng)過一場(chǎng)圖像的傳輸時(shí)間以后,切換讀寫SRAM,如:第一場(chǎng)讀RAM1,寫RAM2,則第二場(chǎng)讀RAM2,寫RAM1,第三場(chǎng)又讀RAM1,寫RAM2,如此切換。乒乓操作的最大特點(diǎn)是,通過輸入數(shù)據(jù)選擇單元和輸出數(shù)據(jù)選擇單元,按節(jié)拍相互配合切換,把經(jīng)過緩沖的數(shù)據(jù)流沒有時(shí)間停頓地送到顯示處理單元,進(jìn)行顯示處理。把乒乓操作模塊當(dāng)作一個(gè)整體,站在這個(gè)模塊的位置看兩端的數(shù)據(jù),輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流都是連續(xù)不斷的,沒有任何停頓,因此非常適合對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行流水線式處理,能高效實(shí)時(shí)地完成大量視頻數(shù)據(jù)的無(wú)縫緩沖和處理。3.4pci2954系統(tǒng)概述PCI接口主要用來(lái)同上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,光電系統(tǒng)工作中的時(shí)間信息、控制系統(tǒng)信息、目標(biāo)信息等各種參數(shù)都可以通過該接口傳送給圖像顯示電路,經(jīng)過處理后作為背景層輸出。PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PCI總線通用接口芯片,符合PCIV2.1和V2.2規(guī)范。PCI9054作為一種橋接芯片可以在PCI總線和LOCAL總線之間提供傳遞消息。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,PCI9054本地總線直接連接到Alter公司FPGA芯片上,FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM控制器的功能。PCI9054本地總線可工作在M、C、J三種模式,M模式是專為Motorola公司的MCU設(shè)的工作模式。C模式下PCI9054芯片通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開,很方便地為本地工作時(shí)序提供各種工作方式,一般較廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。J模式是地址線、數(shù)據(jù)線復(fù)用的一種工作模式。由于C模式可將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開,FPGA局部總線控制應(yīng)用簡(jiǎn)單,所以選擇了C模式,直接將狀態(tài)信息緩存映射到PCI9054LOCAL總線地址空間,通過上位機(jī)可以直接將各種狀態(tài)信息寫入背景層緩存,本地總線選擇工作在50MHz3.5tfp210芯片概述設(shè)計(jì)中采用兩片TI公司的視頻編碼芯片TFP410實(shí)現(xiàn)雙路DVI視頻顯示。DVI控制器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)將緩存中的數(shù)據(jù)讀出送入編碼芯片進(jìn)行編碼,編碼后的TMDS信號(hào)流通過DVI電纜傳送至DVI顯示器TFP410支持VGA到UXGA格式的像素速率,具有12位雙邊和24位單邊兩種輸入模式,可以通過I2C總線進(jìn)行芯片工作模式配置。TFP410主要通過DE管腳的高低電平來(lái)決定發(fā)送信號(hào)類型:當(dāng)DE為高電平時(shí),發(fā)送像素編碼數(shù)據(jù);當(dāng)DE信號(hào)為低電平時(shí),發(fā)送同步信號(hào)以及控制信號(hào)。ISEL高低決定是否采用I2C總線,ISEL信號(hào)為低電平時(shí),此時(shí)需要根據(jù)外部引腳對(duì)芯片進(jìn)行配置。當(dāng)ISEL信號(hào)為高電平時(shí),可以通過I2C總線來(lái)配置,此時(shí)外部引腳配置不起作用。本設(shè)計(jì)中通過I2C總線來(lái)進(jìn)行配置編碼器,編碼器采用24位單邊輸入模式,單邊輸入時(shí)鐘,上升沿觸發(fā),采用I2C總線可以很快捷的在線調(diào)整參數(shù)配置,能夠?qū)幋a器高速輸入信號(hào)的時(shí)鐘沿進(jìn)行調(diào)整如圖4所示,進(jìn)而調(diào)整圖像數(shù)據(jù)的建立、保持時(shí)間,有利于減少圖像的顏色串繞、噪聲點(diǎn)的出現(xiàn),提高圖像顯示質(zhì)量4背景層圖像信息為了驗(yàn)證圖像顯示電路的效果,將3個(gè)CCD的模擬視頻信號(hào)接入圖像顯示電路,圖像顯示電路通過DVI電纜連接到DVI顯示器,同時(shí)通過CPCI總線寫入背景層圖像信息