基于FPGA的數(shù)字視頻系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高,基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速。其代表產(chǎn)品有視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)可視電話等。這些產(chǎn)品具有一個共同的技術(shù)基礎(chǔ)：視頻信號的采集、處理、顯示及網(wǎng)絡(luò)傳輸。本文針對這一技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行研究與設(shè)計,緊扣市場消費熱點,具有極強的技術(shù)外延性；同時結(jié)合對視頻系統(tǒng)發(fā)展趨勢的分析和對解決方案的比較,選用FPGA與SOPC平臺對數(shù)字視頻系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計,使系統(tǒng)具備便攜、高性能、低成本、易升級的特點。

2、 本文在分析數(shù)字視頻系統(tǒng)的通用功能并介紹整體方案規(guī)劃后,著重介紹了各部分的設(shè)計。本文的設(shè)計主要可以分為兩大部分,課題針對兩部分的特點,分別選用了不同的設(shè)計方法。 第一部分為本地采集顯示部分。本部分基于FPGA平臺,采用硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計,充分發(fā)揮FPGA并行處理、高性能的優(yōu)勢。本部分的主要工作有： 1,視頻信號采集方案、處理方案、緩沖存儲方案、顯示方案的設(shè)計與實現(xiàn)。具體工作包括攝像頭芯片的選擇和驅(qū)動實現(xiàn)、視頻處

3、理IP核的復(fù)用,視頻采集模塊、存儲訪問模塊、SRAM控制器和VGA控制器的設(shè)計與實現(xiàn)等。實現(xiàn)了圖像從攝像頭輸入到VGA動態(tài)流暢顯示的良好效果。 2,在設(shè)計中,充分考慮了模塊的獨立性和可重用性。如在SRAM控制器中采用封裝用戶接口并支持多用戶訪問的設(shè)計,使系統(tǒng)模塊之間更加獨立,訪問模塊內(nèi)部更加簡潔,也有利于控制器的復(fù)用。 3,設(shè)計還運用了多種FPGA設(shè)計技巧。如采用異步FIFO解決前后級時鐘不一致的問題、運用狀態(tài)機進(jìn)行數(shù)據(jù)

4、存儲格式的轉(zhuǎn)換、Burst機制保證顯示正常、在存儲緩沖過程中運用乒乓操作等。 第二部分為網(wǎng)絡(luò)傳輸部分。本部分基于SOPC平臺設(shè)計,采用Nios Ⅱ嵌入式軟核、MicroC/OS Ⅱ操作系統(tǒng),充分發(fā)揮IP復(fù)用和嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢。本部分的主要工作有： 1,重點分析和研究了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度,介紹了多種優(yōu)化方法并通過實驗進(jìn)行了驗證,得到了良好的實驗效果。 2,針對單處理器無法避免應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧競爭CPU資源的情況,