FPGA在多制式视频转换系统中的应用

文章摘要：FPGA 在多制式视频转换系统中的应用1引言 目前, 在军事、工业和医学领域存在着大量的非标准视频系统, 其视频信号只能在专业的设备上才能播放和录制。而实际中广泛采用的是标准电视信号(PAL ,NTSC, SECAM) 或VGA 视频, 这就给这些领域内的观测监督和学术交流造成了许多困难。以医学信号为例, 目前, 国内医院很多科室的手术监控设备都是国外进口的一体式设备, 手术影像资料只能供室内的几名医生观看, 无法通过电视系统传送到外部监测。如能将非标准视频流转换为标准视频流, 无疑会给这些领域带来很大的便利。时下的视频转换系统大多存在转换速度慢、功能单一、图像质量不高的缺点, 且一般是

FPGA在多制式视频转换系统中的应用,标签：fpga是什么,fpga教程,http://www.88dzw.com

FPGA 在多制式视频转换系统中的应用

1　引言
    目前, 在军事、工业和医学领域存在着大量的非标准视频系统, 其视频信号只能在专业的设备上才能播放和录制。而实际中广泛采用的是标准电视信号(PAL ,NTSC, SECAM) 或VGA 视频, 这就给这些领域内的观测监督和学术交流造成了许多困难。以医学信号为例, 目前, 国内医院很多科室的手术监控设备都是国外进口的一体式设备, 手术影像资料只能供室内的几名医生观看, 无法通过电视系统传送到外部监测。如能将非标准视频流转换为标准视频流, 无疑会给这些领域带来很大的便利。时下的视频转换系统大多存在转换速度慢、功能单一、图像质量不高的缺点, 且一般是一机一用。本文介绍了基于单片机+ FPGA 的视频制式的转换系统, 利用单片机方便的嵌入性及灵活的可编程性, 再结合FPGA 强大的逻辑控制功能很好地克服了这些弊端, 实现了实时、高质量的视频图像转换, 同时, 可以方便地改变系统参数, 实现一机多用。

2　系统设计原理简介
     不同制式视频信号间的根本区别在于扫描方式和行场频率不同。标准VGA 采用逐行扫描, 在一帧内实现对图像的完全扫描; 标准电视信号(以PAL制为例)采用隔行扫描, 利用视觉暂留, 将奇偶场恢复成一帧完整图像。而非标准视频流则无一定规律。因此, 视频转换的基本思路是将非标准视频信号经模数转换成数字信号, 在存储器中缓存, 变频读出或经过数字信号处理, 再通过数模转换恢复成标准视频流。本系统设计思
路框图如图1 所示。
 
    从原理可以看出, 只要数据读出速度高于写入速度, 就不会使图像产生突变现象, 从而达到实时处理的目的。设计中, 存储器采用2片512K×8 bit 的FIFOAL440, 它采用DRAM 工艺, 最高时钟可达80MHz,是专用的视频存储器。逻辑主控单元选用Altera 公司出品的FLEX10K50E 实现, 其门数达到5 万个, 处理速度最高可达220MHz, 很适合高速数据流处理。同步恢复采用74ACT715, 它可按编程数据产生隔行或逐行的电视行场同步信号, 非常适合于多制式输出系统。而视频恢复编码部分采用的是专用数字图像处理芯片DSP AL128, 其内置的高集成化数字处理器, 可以将逐行扫描数字信号直接恢复成标准电视信号和S-VIDEO 输出。

3　系统设计实现
    整个系统大体框架如图2 所示, 图中虚线部分均由FPGA 实现。
 
3. 1　单片机接口模块
    系统中有FIFO ,AL128 的I2C 参数和74ACT715的初始化参数及数模、模数时钟分频参数共计90 个,为避免出现繁琐的判断语句, 设计中采用FPGA 内置ROM 结构。其原理图如图3 所示。
 
图3　单片机译码原理图
    FPGA 将单片机送来的机器地址(00H～5AH )译码成芯片地址, 芯片地址总共10位, 高2位用来判断配置何种芯片, 低8位用来判断配置该芯片中第N个寄存器。再结合单片机送来的数据线和读写控制线来决定对该寄存器进行读或写操作以及写入的数据。
    74ACT715 的配置参数为12位, 配置中用两个连续的地址分别记录其高4位和低8位数据。其中, 57H～5AH为只读地址, 相应数据将控制数模、模数时钟的频率。

3. 2　I2C 配置及时钟控制模块
    本系统FPGA 的一个重要功能就是对芯片初始化和I2C 参数配置。I2C 总线是一种由飞利浦公司开发的接口总线, 利用一条数据线sdata 和一条时钟线sclk 在主从器件间进行串行通信。飞利浦公司制定了标准I2C协议, 但是, 工业上依然使用很多非标准I2C器件, 本系统的FIFO、AL128 均为非标准I2C 器件, 故要对它们分别进行配置, 利用FPGA 的逻辑控制及内置MUX 可以在不同读写时序间灵活切换, 达到对多个芯片的全双工同步数据传输。实现原理图如图4 所示。

[1] [2]  下一页