基于NiosⅡ的视频采集系统的设计与实现

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随着微电子技术和集成电路制造技术的发展、科技社会的日新月异,视频采集系统在日常生活、工业生产等领域中得到了广泛的应用,具有广阔的应用前景和研究价值。FPGA的快速发展为视频采集系统的集成度的提高提供了全新的解决思路和方法,采用FPGA进行设计的视频采集系统具有良好的扩展性和相对稳定的硬件结构。现在设计视频采集系统有很多种技术手段,例如可用单片机来实现对整个系统的控制,但在应用过程中,单片机只能应用于一些小监控场所,在数据量比较大的地方,单片机对数据的处理能力就远远不够用了,会存在着整个系统的体积过大、造价很高、维修十分不便等普遍问题。随着复杂可编程逻辑器件(CPLD)的出现,使得上述问题得到了很好的缓解,但因为存在与之相关的外围模块的价格过高,限制其发展,比如一个的CPLD芯片加上用于图像处理的数字信号处理(DSP)芯片、相关的外围电路及计算机等,整体的价格仍然很高。随着FPGA的出现,问题才慢慢得到了解决。在FPGA的基础上集成了SOPC系统平台,该平台可以协调和调用FPGA上的逻辑门和其他器件,随后Altera公司推出了NiosⅡ嵌入式软核技术,通过该技术可以直接完成对视频图像信号的采集和处理,大大的降低了成本,并且易于携带、方便维护。开发者能够通过将传统的一些接口集成在FPGA内部来增加系统的集成度,这样做在保证不影响系统的性能的同时大大缩短了系统的开发周期,这是本文主要研究的一种视频采集方案。主要完成了以下工作:1、提出自己的设计方案。本课题采用FPGA为系统核心器件,利用SOPC技术,结合NiosⅡ处理器软核,实现了系统的软硬件协同设计,不仅实现了高性能的图像处理功能,而且减小了系统的体积,具有很大的优越性;2、在QuartusⅡ环境下编写了视频采集IP核控制器,首先通过使用硬件语言模拟I2C总线时序来实现对摄像头的初始化配置,然后再将采集来的数据通过FIFO缓冲存储到到SDRAM中;3、认真研究了SAA7113视频解码芯片的工作原理,通过I2C总线完成对该芯片的配置,并完成视频采集模块的设计。结合SDRAM对数字图像的存储原理,完成图像存储模块的设计;4、通过NiosⅡCPU的调用将SDRAM中的数据读到FIFO缓冲中,经过时序控制模块再将数据读出并通过VGA接口显示输出。
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