基于SCCB总线配置的FPGA视频采集系统设计

基于FPGA的视频处理系统设计与实现

基于FPGA的视频处理系统设计与实现随着数字化技术与高清视频的普及，基于FPGA的视频处理系统的应用也越来越广泛。

它们可以满足人们对于视频质量、速度和响应性能的要求。

FPGA作为一种高度可编程的器件，可根据应用需求任意重构电路结构，使得视频处理系统具有高度的扩展性、灵活性和定制性。

本文将从设计目标、系统结构、视频数据流传输、数字信号处理、硬件开发与软件开发等多个方面来介绍基于FPGA的视频处理系统的设计与实现。

一、设计目标在设计基于FPGA的视频处理系统时，我们需要考虑以下几个方面：1.视频质量：在视频的采集、传输和显示过程中需要确保视频的清晰、流畅和无噪音。

2.速度：视频处理系统需要具备高速的处理能力，可以迅速对视频进行处理，以达到实时性和响应性能。

3.低功耗：由于FPGA系统是基于硬件实现的，所以需要考虑低功耗来满足电源限制和延长电池寿命。

4.设计可重用：这就需要设计出可重用的平台，方便进行软件开发和硬件设计。

二、系统结构基于FPGA的视频处理系统的系统结构如图1所示。

它主要由三个部分组成：视频输入模块、视频处理模块和视频输出模块。

1.视频输入模块视频输入模块主要负责从相机或视频文件中采集视频数据，并将其转换成数字信号传输给FPGA。

该模块包括视频采集和视频解码两个部分。

2.视频处理模块视频处理模块主要是对采集到的视频数据进行处理，包括降噪、滤波、缩放、边缘检测、图像增强等操作。

它往往是FPGA设计的重点。

3.视频输出模块视频输出模块主要把处理好的视频数据输出到显示器、硬盘或网络等外设上，并在此过程中再次进行编码技术，使传输数据量减小，加快传输速度。

该模块还需要实现垂直同步、交错、逆交错等技术来保证视频输出的正确性和质量。

图1：基于FPGA的视频处理系统结构图三、视频数据流传输视频数据流传输是视频处理系统中非常重要的一环，它利用高带宽的总线来传输大量数据。

视频数据流传输主要有以下三种方式：1.像素传输像素传输是最常用的一种方式，它将每个像素的RGB值保存在一个字节中，并采用三根数据线分别传输每个像素的R、G、B值。

基于FPGA的数据采集和回放系统的结构的设计

摘要数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。

输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。

数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。

本课题设计了以FPGA 为核心逻辑控制模块的高速数据采集和回放系统，设计中采用了自顶向下的方法,先从系统的角度分析该系统要完成哪些功能。

用系统级行为描述表达一个包含输入输出的顶层模块，同时完成整个系统的模拟与性能分析。

然后将系统划分为各个功能模块，详细论述了各模块的设计方法和控制流程。

FPGA 模块设计使用VHDL语言,在QUARTUSII中实现软件设计和完成仿真。

最后在硬件上进行试验结果的验证，根据实验结果作修改后得出结果。

本文给出了一些模块图形及端口说明和设计实现的思想,整个采集系统可实现现场模拟信号采集和信号的频率计数。

关键词：FPGA 数据采集时钟逻辑运算VHDL语言AbstractGenerally,data acquisition system is made of the data input channels,data storage and management,data processing,data output and display of these five parts.Input channels of the measured object in order to achieve the detection,sampling and signal conversion and so on .Data storage memory is used and managed to store data collected,which creats the corresponding database,and management and calls.The topic is designed to FPGA logic control module as the core of the high-speed data acquisition and playback system,which is used the method of top-down approach.In the first place,the perspective of system analysis of the system which functions to complete act with system-level descripition of the expression that contains the top-level input and output modules,at the same time the whole system simulation and performance analysis. Then the system is divided into various functional modules,which are use the language of VHDL in QUARTUSII to achieve the completion of the design and simulation software.Finally,it has test results for hardware verification,in accordance with the revised results for the outcome. In this paper, it has gave a number of modules and port descripition and graphic design ideas. The entire sampling system can be realized at the scene analog signal sampling and signal frequency count.[2 16 17]Key words：FPGA data acquisition clock logic count the language of VHDL目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 绪论 .. (1)1 系统的总体结构 (3)1.1 基于FPGA的数据采集和回放系统的结构 (3)1.2 系统组成框图介绍 (4)2 系统原理与方案选择 (5)2.1 AD芯片选型及其原理 (5)2.1.1 AD芯片的选型 (5)2.1.2 ADC0809的引脚功能 (5)2.1.3 ADC0809应用说明及时序图 (6)2.2 频率测量原理及方案选择 (7)2.2.1 直接测频法原理 (7)2.2.2 等精度测频原理 (8)2.2.3 测频方法的选择 (9)2.3 FPGA内部运算模块的设计原理 (9)2.4 LED数码管显示原理及方案选择 (9)2.4.1 LED数码管的工作原理 (9)2.4.2 FPGA实现LED数码管静态显示控制实现原理 (9)2.4.3 采用FPGA实现LED数码管动态显示控制实现原理 (10)2.4.4 LED数码管显示方案的选择 (10)3 系统设计及主要模块的实现 (11)3.1 系统设计的顶层实体原理 (11)3.2 AD控制转换功能模块的设计 (11)3.2.1 AD控制转换模块的端口说明 (11)3.2.2 AD控制转换控制模块的编程思想 (12)3.2.3 该模块的仿真波形及分析 (13)3.3 频率计模块 (13)3.3.1 检测模块的端口说明及编程实现 (13)3.3.2 频率控制模块端口说明及编程实现 (14)3.3.3 计数模块端口说明及编程实现 (16)3.3.4 锁存模块端口说明及编程实现 (17)3.4 分频模块 (18)3.4.1 分频模块的端口说明及编程实现 (19)3.5 LED数码管显示 (20)3.5.1 LED数码管的端口说明及编程实现 (20)3.6 LED点阵显示模块 (21)3.6.1 该模块端口说明及编程实现 (22)4 软硬件调试 (24)4.1 软件使用中遇到的问题 (24)4.2 AD转换工作中遇到的问题 (24)4.3 频率计遇到的问题 (24)4.3.1 计数模块 (24)4.3.2 频率控制模块 (25)4.3.3 频率计 (25)4.4 点阵调试遇到的问题 (25)4.5 系统调试现象 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录系统程序 (29)绪论在进入21世纪以后，伴随着半导体工艺的发展，集成电路的规模、性能和市场都有着突飞猛进的发展，越来越多的大规模集成电路被应用都计算机、通信、电子等领域。

基于FPGA的高速图像采集系统设计.

基于FPGA的高速图像采集系统设计引言在低速的数据采集系统中，往往采用单片机或者DSP进行控制；而对于图像采集这种高速数据采集的场合，这种方案就不能满足需要。

因此这种方案极大浪费了单片机或DSP的端口资源且灵活性差；若改用串口方式收集数据，则一方面降低了数据采集的速度，另一方面极大地耗费CPU的资源。

本系统采用FPGA作为数据采集的主控单元，全部控制逻辑由硬件完成，速度快、成本低、灵活性强。

为了增加缓冲功能，系统在FPGA外扩展了256Mb的RAM，不仅增大了缓冲区容量，而且极大地降低了读写频率，有效地减轻了上位机CPU的负担。

在图像数据接口中，比较常见的是VGA、PCI—Express，而这些接口扩展性差、成本高。

本系统采用高速的USB接口作为与上位机通信的端口，速度快、易安装、灵活性强。

1 系统框图系统框图如图1所示。

FPGA控制单元采用A1tera公司Cyclone II系列的EP2C5F256C6，主要由4个部分组成——主控模块、CMOS传感器接口、RAM 控制器以及EZ—USB接口控制器。

传感器接口负责完成SCCB时序控制，RAM控制器用于实现RAM读写与刷新操作的时序，USB接口模块完成主控模块与EZ—USB之间的数据读写；而主控模块负责对从EZ—USB部分接收过来的上位机命令进行解析，解析完命令后产生相应的信号控制各个对应模块，如CMOS传感器传输的图像格式、RAM的读写方式、突发长度等。

2 OV7620模块设计图像传感器采用OV7620，接口图如图2所示。

该传感器功能强大，提供多种数据格式的输出，自动消除白噪声，白平衡、色彩饱和度、色调控制、窗口大小等均可通过内部的SCCB控制线进行设置。

OV7620属于CMOS彩色图像传感器。

它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA两种图像格式；最高像素为664×492，帧速率为30fps；数据格式包括YUV、YCrCb、RGB三种。

基于SCCB总线配置的FPGA视频采集系统设计

基于SCCB总线配置的FPGA视频采集系统设计佚名【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【摘要】In order to improve the real-time video acquisition.In this design, EP2C8Q208C8 is chosen as the master chip to control the CMOS sensor OV7670. The hardware description circuit is constructed by Verilog language. On the basis of the research SCCB communication protocol,the communication between FPGA and video capture sensor is es-tablished. And the internal register of OV7670 is configured to realize the collection of video signal in different mode. SignalTap II is used to capture the dynamic data about OV7670 video acquisition. A comparison is made between the capture waveform and video acquisition sequence. The experimental results show that the video acquisition system be-sides has the advantages of low cost,low power consumption,also has the very good feasibility,real-time.%为了提高视频采集的实时性，利用EP2C8Q208C8作为主控芯片来控制CMOS传感器OV7670，采用Verilog语言构建了硬件描述电路。

探析基于FPGA的视频采集系统设计

探析基于FPGA的视频采集系统设计视频图像采集是数字图像处理、监控系统等应用的必要组成部分。

图像采集与处理在工农医等领域得到了广泛应用，目前随着科技的不断发展，各种图像采集设备层出不穷，性能和实用性也得到了市场验证。

视频采集系统的实现方法有很多，本文对基于FPGA的视频采集系统设计进行探讨分析。

标签：FPGA；视频采集；系统设计1、FPGA的应用优势（1）逻辑功能强大。

FPGA采用SRAM编程技术实现系统的快速运行，增强其逻辑功能；布线资源丰富，只需擦除更改程序，即可满足系统设计所需的不同逻辑功能；可编程I/O资源丰富，可满足复杂数字逻辑设计。

（2）设计灵活。

FPGA内部的嵌入式RAM支持多种操作模式，异步先入先出（FirstInputFirstOut，FIFO）数据缓冲器可拓展FPGA的设计范围，使设计选择更加灵活；FPGA内部包含的逻辑门数较多，可满足复杂设计要求。

（3）操作简便。

为保证FPGA系统的可靠性，在使用FPGA芯片之前需进行稳定性测试，在此之后设计者只要利用软硬件环境便可设计系统功能；在实现FPGA系统不同逻辑功能时，设计者可通过多次反复编程予以实现，无需更改硬件电路。

2、基于FPGA的视频采集系统方案整体框架（1）视频采集部分：将摄像头采集到的模拟视频数据CVBS转换成数字视频格式YUV4：2：2，包括I2C总线配置，TIU656解码。

（2）视频处理部分：为适应VGA的不同显示，对视频数据做相应预处理，包括彩色VGA数据处理，灰度VGA数据处理，Sobel边沿检测数据处理，Prewitt边沿检测数据处理。

（3）视频存储部分：将视频数据储存在容量为4M×16×4Banks的SDRAM中，主要包括SDRAM控制器设计。

（4）VGA显示部分：将实时的视频数据在显示器上显示出来。

包括色度空间转换，VGA时序产生，ADV7123视频数据编码。

3、系统的具体工作流程系统上电后，由配置芯片重新配置FPGA；配置完成后，FPGA对视频解码芯片进行初始化；视频解码芯片进入工作状态，采集4路模拟视频信号；FPGA 初步处理4路数字视频信号；处理后，将4路视频数据存储到SDRAM中；在TFTLCD上显示所采集的数字化视频信息；利用IO口，可在外部切换采集通道，对系统进行复位操作。

基于FPGA的高性能视频信号采集系统设计与实现

基于FPGA的高性能视频信号采集系统设计与实现徐国强;张萌【摘要】介绍了一种基于FPGA的高性能视频信号采集与显示系统的硬件设计与实现，模数转换系统采用高性能的A／D采集电路，通过高速的FPGA控制，将采集到的数据进行处理后，通过系统中的PCI接口传输给监控系统以供显示、监控等功能的实现。

本模块已经投入运行，性能稳定。

%This article presents a new method of design and implementation of high performance video processing and display system based on FPGA. A high performance ADC processing system is adopted, controlled by high speed FPGA. The processed data is transmitted to monitor system by PCI interface for the purpose of display and monitor. This module has been deployed in service with stable performance.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2012(031)006【总页数】4页(P72-75)【关键词】视频;FPGA;高速A／D;PCI【作者】徐国强;张萌【作者单位】江苏自动化研究所,江苏连云港222006;江苏自动化研究所,江苏连云港222006【正文语种】中文【中图分类】TP335近年来，伴随着计算机技术、图像处理技术、网络技术和多媒体技术的发展普及，兴起了数字化视频处理的浪潮。

随着数字图像处理技术和数字电路技术的发展，利用高性能处理器实现数字视频信号采集与显示系统已成为现实[1]。

数字视频信号采集与处理系统符合信息产业的未来发展趋势，蕴含着巨大的商机和经济效益。

基于FPGA的视频图像采集与显示系统设计

ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｃｑｕｉｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙｒｅａｌ－ｔｉｍｅａｎａｌｏｇｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｄａｔａ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓＣＣＤｃａｍｅｒａ，ＦＰＧＡ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｙｎａｍｉｃ
ＹＡＮＧＱｉｎ。ＺＨＯＵＹｕｎ－ｆｅｉ＋，ＨＵＹｏｎｇ－ｂｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓＣＣＤｃａｍｅｒａａｎａｌｏｇｓｉｇｎａｌｄａｔａｉｓｅｎｏｒｍｏｕｓａｎｄＦＰＧＡ’ Ｓｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｏｗｅｒｆｕｌ，Ａｐｒｏｊｅｃｔｉｓ
２０１３年６月
计算机工程与设计
ＣＯＭＰＵＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＮＤＤＥＳＩＧＮ
Ｊｕｎ－２０１３
Ｖ０１．３４ＮＯ．６
第３４卷
第６期

基于FPGA的高清视频采集与显示系统设计-公共场所其他

基于FPGA的高清视频采集与显示系统设计-公共场所其他导读：近年来，高清网络摄像机席卷视频监控市场，传统的模拟摄像机也在寻找新的出路提升图像质量，采用非压缩方案的高清模拟摄像机成为首选。

一般来说，非压缩方案的硬件平台有DSP或ASIC或FPGA。

它们各有优缺点，FPGA是现场可编程门阵列，兼顾了实时性与灵活性，而且还可以内嵌CPU，因此适合用来做图像处理。

FPGA的最大缺点是功耗太大，但本文设计的不是便携式消费电子，功耗问题可以不考虑。

近年来，高清网络摄像机席卷视频监控市场，传统的模拟摄像机也在寻找新的出路提升图像质量，采用非压缩方案的高清模拟摄像机成为首选。

一般来说，非压缩方案的硬件平台有DSP或ASIC或FPGA。

它们各有优缺点，FPGA是现场可编程门阵列，兼顾了实时性与灵活性，而且还可以内嵌CPU，因此适合用来做图像处理。

FPGA的最大缺点是功耗太大，但本文设计的不是便携式消费电子，功耗问题可以不考虑。

本文在数据传输方式上进行了创新，一般的视频采集与显示方案均需要使用2个DMA通道和2片SDRAM做缓存，本文采用自行编写的BURST模块传输，仅需要一片SDRAM，节省硬件开销的同时降低了PCB板的复杂度。

1系统总体设计FPGA是整个系统的核心，本文采用的FPGA是Cyclone系列的EP3C16，它内部集成了15408个逻辑单元，56个18×18乘法器，4个锁相环，CCD是SONY的ICX274，其有效分辨率是1600×1200，像素时钟是36MHz，并且逐行扫描。

SDRAM是Micron的MT48LC2M32B2，容量是2M×32bit，完全满足本设计的需要。

首先ADC驱动CCD，CCD输出模拟视频，经过ADC转换成数字图像数据，然后通过FPGA内部的BURST传输写到SDRAM，在SDRAM内部开辟三段数据空间。

其中code区域存放NIOS软件代码，bufferA和bufferB作为图像数据缓存，当图像数据写入bufferA时，可以读bufferB用于显示，当一帧数据采集完后，切换BURST传输地址，写入bufferB，此时读bufferA用于显示，这样数据可以不间断地采集和显示，这就是所谓乒乓操作。

基于SCCB通信的FPGA视频采集模块

Keywords： Driving timing Communication FPGA Sensor Communication protocol
0 引言
功耗且低成本的实时视频采集模块将是整个视频监控系统设计的首要环节。在模块的设计过程中，需要考
传统图像获取技术以 CCD 传感器为主，但随着虑图像传感器的各项性能指标（如体积、成本和功
1 设计总体要求
目前，视频监控系统应用对视频信号的获取和处理都提出了更高的要求。针对企业的实际生产需求，希望设计一个微小的视频采集模块，使其在一个狭小的空间对现场的信息进行实时获取并送至后台进行处理，最后将处理结果的信息流通过现有网络传送到服务器，从而减小系统的整体负荷。因此，一个微型、低
本文选用了 Altera 公司的 Cyclone 系列器件，它是性价比较高的一个产品系列，具有多达 20 060 个逻辑单元和 288 kB 的 RAM，能够集成各种所需的复杂逻辑功
《自动化仪表》第 31 卷第 11 期 2010 年 11 月
能。设计过程中建立了以 EP1C12Q240C8 为核心芯片的硬件开发平台，其核心板包括一片 EP1C12Q240C8、 16 × 4 MB 的 SDRAM 以及 64 MB 的 Flash。利用 FPGA 实现 OV7620 控制的硬件原理图如图 2 所示。
度快等优点。
关键词：驱动时序通信 FPGA 传感器通信协议
中图分类号： TN948
文献标志码： A
Abstract： To rapidly collect and process vedio frequency information in real time，by adopting EP1C12Q240C8 core chip to control CMOS

基于FPGA的视频采集系统设计

，ｍｏｄｕｌｅａｎｄｖｉｄｅｏｄｉｓｌａｍｏｄｕｌｅ．Ａｆｔｅｒｄｅｓｉｎｉｎｔｈｅｓｓｔｅｍ，ｉｔｃｏｍｌｅｔｅｓｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｖｉｄｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｒｅａｌｔｉｍｅｂｕｆｆｅｒ－ｐｙｇｇｙｐｄｉｓｌａｒｏｖｉｄｅｓｏｓｓｉｂｉｌｉｔａｓｗｅｌｌ．ＴｈｅｓｓｔｅｍａｌｓｏａｍｏｒｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｈａｓｔｈｅａｄ－ｐｙｐｐｙｙｙ，，，，ｒｏｃｅｓｓｉｎｖａｎｔａｅｓｏｆｓｍａｌｌｓｉｚｅｈｉｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｕｓｅｄｉｎｖｉｄｅｏｓｓｔｅｍｓｓｅｃｕｒｉｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｓｓｔｅｍｓａｎｄｖｉｄｅｏｐｇｇｇｙｙｙｙｇｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｓｔｅｍｓ．ｙ，ＡＫｅＷｏｒｄｓＰＧＡ，ｖｉｄｅｏｃａｔｕｒｅＤＶ７１８１ＢＦｐｙＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒＰ２７４＋．２Ｔ