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基于FPGA和SOPC的视频图像处理系统

主题:软件系统设计 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-03-11

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系统设计论文范文

软件系统设计论文

目录

  1. 1. 本项目研究的理论与实际意义
  2. 2. 国内外研究现状及分析
  3. 3. 研究方案
  4. 4. 软件仿真结果(图3,图4)
  5. 5. 结语
  6. 软件系统设计:天狼星51单片机C语言学习第5课如何设计51最小系统设计

(浙江财经学院东方学院 浙江海宁 314408)

摘 要:介绍基于EDA技术的数字视频图像系统的实现方案.本设计利用Altera公司最新的SoPC(可编程片上系统)解决方案—— 以NiosII嵌入式软核处理器为核心,实现视频图像处理系统.文*绍系统框图和部分仿真结果.用FPGA来实现视频图像处理,加快了数据的处理速度,提高了系统的实时性和可靠性,节约了硬件成本.

关键词:FPGA SOPC 视频图像处理

中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)04(a)-0004-02

1. 本项目研究的理论与实际意义

近年来,视频图像处理系统以实时性强,适于远程控制,便于管理人员操作等优点.日益在银行、交通、仓管、军事等行业的安防方面得到了广泛的应用.基于FPGA和SOPC技术的视频图像处理除了具有论文范文的抗干扰性能,保持图像信息清晰稳定以外,还具有设备小巧不需附带其他设施、论文范文适中等优点,通过适当的地址编码控制,它可以实现点对点、点对多点、单向和双向实时的多媒体通信.可以广泛地应用于公寓式、别墅式家庭、大型会议室、多媒体教室等,只要增加信令功能,即可把此项技术应用于无线可视电话系统,应用前景非常广阔.

2. 国内外研究现状及分析

视频图像处理系统是进行数字图像处理、多媒体和视频网络传输的前提,它可以为各种图像处理算法提供待处理的原始数字图像.数字图像处理技术被广泛应用于可视电话、电视会议、监控系统等各种民用、商用及工业生产领域中.各种处理算法也日趋成熟,相关的硬件技术不断地推陈出新.视频处理的主流实现方案有两种: 一是基于ASIC,该方案一般采用意法、AMD等公司的专用视频处理芯片,二是基于DSP,主要采用TI、ADI等公司的DSP信号处理器.它们作为辅处理器,可在主CPU控制下进行视频信号的采集压缩.但在这些数字图像处理系统中,一个突出的问题就是数据量庞大,特别是在图像帧速率和分辨率要求比较高的场合均无法获得令人满意的效果,并且修改很不方便.随着FPGA的发展,通过SOPC技术实现视频采集已成为一种易于开发、设计灵活的方案,并且有很好的实时性.这主要得益于IP复用技术的发展.SOPC技术一般采用大容量FPGA作为载体,在一片FPGA中实现软核微处理器,使FPGA具有嵌入式系统的可编程能力.通过这种技术,SOPC平台即可以拥有微处理器系统丰富的软件资源和出色人机交互能力,同时又具备FPGA系统的快速硬件逻辑特性,实现了软件系统和硬件系统的互补,不仅提高了设计的性能,又加快开发周期.

3. 研究方案

在视频图像处理系统的研究和设计中我们主要采用的是EDA(Electronic Design Automation)技术.EDA技术是现代电子设计技术的核心,EDA技术就是依赖功能强大的计算机,在EDA工具软件平台上,对以硬件描述语言(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计,自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线),以及逻辑优化测试,直至实现既定的电子线路功能.

EDA设计一般采用Top-down设计也叫正向设计,它是针对传统的自底向上的设计方法而提出来的.自底向上的设计方法是从已存在的单元出发进行系统设计,它限制了设计人员的创造性并难以实现设计自动化.自顶向下的设计过程即是:从系统硬件的高层次抽象描述向最底层物理描述的一系列转换过程,直到最后得到可实现的硬件描述为止.具体讲这一过程有功能级、行为级描述开始,寄存器(RTL)级描述为第一个中间结果,由RTL级描述,采用逻辑综合得到网表(Net-list)或电路图,由网表即可自动生成现场可编程门阵列(FPGA)/复杂可编程逻辑阵列(CPLD)或专用集成电路(ASIC),从而得到电路与系统的物理实现.

随着大规模集成电路设计技术的进步、制造工艺水平的提高以及单个芯片上的逻辑门数的增加,嵌入式系统设计变得日益复杂.把整个系统集成到一个芯片上,即片上系统SoC(System on Chip)技术是当前嵌入式系统设计的一个研究热点.SOPC(System on programmable chip)是Altera公司提出的一种灵活高效的系统设计方案.它的实质是SOC设计技术,特点在于可编程性,它是PLD和ASIC技术融合的结果,具有设计灵活,可裁减、扩充、升级,并具备软硬件在系统可配置的性能,使用起来非常方便.这项技术将EDA、计算机设计、嵌入式系统、工业自动控制系统、DSP 及数字通信系统等技术融为一体.随着EDA技术的发展和大规模可编程器件性能的不断提高,SoPC技术已被广泛应用到许多领域.

视频系统设计分为3部分:视频采集、视频处理和视频显示.FPGA芯片作为配置、缓存、显示和转发的控制器的设计.本系统主要采用的是美国Omni Vision公司的CMOS图像传感芯片OV7620和ALTER公司的FPGA芯片,OV7620的内部寄存器是通过IIC接口访问的.这两根IIC总线是SIO-1和SIO-0引脚.引脚SIO-1是串行时钟线SCL,SIO-0是串行数据线SDA.OV7620作为从器件,由主器件(FPGA芯片)产生IIC总线时序、对OV7620系统上电初始化和同步输入,使OV7620输出的采集信号达到图像压缩系统的要求.

OV7620是美国Omni Vision公司的CMOS图像传感芯片.它包括664×492的感光阵列,感光阵列扫描输出原始的R、G、B彩论文范文像信号,经模拟处理电路进行论文范文、gamma校正、白电平调整等处理后根据输出要求还可转换成YUV等多种信号输出形式.其模拟视频信号经两路10位视频A/D转换后由视频接口输出提供标准数字视频图像信号.OV7620的视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种内部时钟信号,IIC接口使外部CPU或FGPA通过IIC总线控制OV7620的各种工作状态、工作方式、数据输出格式和读取内部状态信息等(图1,图2).

4. 软件仿真结果(图3,图4)

5. 结语

CMOS图像传感芯片OV7620构成的视频图像采集和处理电路不仅具有图像质量高、图像分辩率高、接口电路简单等显著特点,而且系统成本低、体积小,可做成手持式或便携移动式图像处理设备,具有广泛的应用和研究价值.

软件系统设计:天狼星51单片机C语言学习第5课如何设计51最小系统设计

参考文献

[1] 潘松.EDA技术实用教程(第3版)[M].北京科学技术出版,2006.

[2] 潘松,黄继业,曾毓.SOPC技术实用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.

[3] 彭澄廉.挑战SOC—— 基于NIOS的SOPC设计与实践[M].北京:清华大学出版社,2004.

[4] NiosIIsoftwaredeveloper’shandbook.ALTERA.2004,5.

[5] NiosIIProcessorreferencehandbook.ALTERA.2004,5.

[6] 李兰英.SOPC设计原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[7] 郭建军,王玉花,葛纫秋.嵌入式处理器原理及应用—— Nios系统设计和C语言编程[M].北京:清华大学出版社,2004.

[8] 任爱峰.基于FPGA的嵌入式系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[9] 陈友荣.基于NiosII的数字视频系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2006(4).

总结:本文是一篇关于系统设计论文范文,可作为相关选题参考,和写作参考文献。

软件系统设计引用文献:

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