基于FPGA的多路圖像采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計
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3 ITU656解碼
ITU656解碼模塊根據(jù)ITU656標(biāo)準(zhǔn)將4：2：2的數(shù)據(jù)流解碼成ITU656標(biāo)準(zhǔn)視頻流。ITU656并行接口除了傳輸4：2：2的YCbCr視頻流外，還有行、場同步所用的控制信號。PAL制式的圖像一幀有625行，每秒掃描25幀；每行數(shù)據(jù)由1128字節(jié)的數(shù)據(jù)塊組成。其中，PAL制式23～311行是偶數(shù)場視頻數(shù)據(jù)，312～552行是奇數(shù)場視頻數(shù)據(jù)，其余為垂直控制信號。
圖3為ITU656每行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每行數(shù)據(jù)包含水平控制信號和YCbCr視頻數(shù)據(jù)信號。視頻數(shù)據(jù)字是以27兆字／秒的速率傳送的，其順序是：Cb，Y，Cr，Y，Cb，Y，Cr，…其中，Cb，Y．Cr這3個字指的是同址的亮度和色差信號取樣，后面的Y字對應(yīng)于下一個亮度取樣。每行開始的288字節(jié)為行控制信號，開始的4字節(jié)為EAV信號(有效視頻結(jié)束)，緊接著280個固定填充數(shù)據(jù)，最后是4字節(jié)的SAV信號(有效視頻起始)。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/191256.htm
SAV和EAV信號有3字節(jié)的前導(dǎo)：FF、FF、00；最后1字節(jié)XY表示該行位于整個數(shù)據(jù)幀的位置及如何區(qū)分SAV、EAV。在每個時鐘的上升沿讀取從解碼芯片傳來的8位數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到一行數(shù)據(jù)的開始標(biāo)志FF0000XY時，檢測到SAV信號或EAV信號，提取H、F、V信號。然后發(fā)出開始命令，同時開啟行列計數(shù)器，開始對接下來的圖像數(shù)據(jù)進行解碼，根據(jù)每個8位數(shù)據(jù)自身帶的信息，判斷該數(shù)據(jù)為Y，Cr還是Cb，從而得到Y(jié)，Cr，Cb各分量的值。解碼流程如圖4所示。
4 幀存儲控制器與LCD／VGA顯示控制器的設(shè)計
4．1 數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換
根據(jù)前面第2節(jié)的介紹，從ITU656解碼模塊出來的數(shù)據(jù)為8位4：2：2的YUV空間圖像數(shù)據(jù)，而LCD／VGA顯示器只能接收RGB數(shù)據(jù)。因為Y-CrCb4：2：2格式不能直接轉(zhuǎn)換為RGB，所以需要先轉(zhuǎn)換為YCrCb4：4：4格式。
我們知道解碼芯片得到的視頻數(shù)據(jù)是順序為Cb，Y，Cr，Y，Cb，Y，Cr，……的序列，存儲的時候?qū)⒁粋€Y與一個C(Cb或Cr)結(jié)合起來組成一個16位的數(shù)據(jù)。而當(dāng)數(shù)據(jù)被讀出來時就要將這些視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為每個像素占24位(Y、Cb、Cr各占8位)的4：4：4的數(shù)據(jù)流。4：2：2到4：4：4的轉(zhuǎn)換采用最簡單的插值算法，在采樣的時候，每隔一個像素才采一次色度值(Cb和Cr)。在轉(zhuǎn)化時，直接將前一個有色度信息的像素點
的Cr以及Cb的值直接賦給后一個像素的Cr和Cb，這樣就能得到4：4：4的像素數(shù)據(jù)，每個像素占用24位位寬。
4．2 幀存儲控制器
作為系統(tǒng)的重要組成部分，幀存儲控制器主要用來進行有效數(shù)據(jù)的緩存。視頻數(shù)據(jù)在FPGA1的控制下乒乓寫入兩片SRAM。乒乓技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于乒乓切換信號frame的產(chǎn)生，本系統(tǒng)中根據(jù)視頻解碼芯片的奇偶場信號RTS0來產(chǎn)生幀切換frame信號，也就是一個RTS0周期切換一次。一個RTS0周期由一個奇場和一個偶場組成，是一副完整的畫面。當(dāng)frame為1是，FPGA通過計數(shù)器的計數(shù)截取最終顯示所需要的有效的像素點信息按照SRAM的控制時序?qū)懭隨RAM1，同樣當(dāng)frame為0時，將對應(yīng)的像素信息寫入SRAM2，如圖5所示。
系統(tǒng)加電的同時，4片視頻解碼芯片同時工作，為了保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和顯示的同步性，系統(tǒng)內(nèi)生成一個八倍于像素時鐘的寫時鐘信號write_clk，這樣，在一個像素時鐘周期，寫時鐘信號已經(jīng)過了八個周期，而每兩個周期分別完成一路圖像數(shù)據(jù)的寫過程。
由于SRAM是一維存儲空間，一個地址對應(yīng)一個數(shù)據(jù)。所以在寫入數(shù)據(jù)時將SRAM的地址空間劃分為4段，每一段用來存儲一路圖像數(shù)據(jù)。
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