要FPGA與的數字信號采集系統(tǒng)?？梢蕴峁┐笕萘康拇鎯臻g。提供優(yōu)秀的系統(tǒng)適應能力。該方案通過計算機并口實現與計算機的通信 ,但是高性能的邏輯分析儀價格昂貴,而且存取深度不足限制了對于海量數字電視信號的分析能力。盡管采用圖像采集卡也可以方便地采集到大量的模擬電視圖像,但是圖像采集卡通常只能保存有效圖像內容,行場同步信號將被丟失。而且采集卡使用自身的對模擬電視信號進行采集,其性能與數字電視系統(tǒng)的真實環(huán)境存在差異。本文采用作為外部存儲器實現的大容量數字信號采集系統(tǒng)采集到真實的數字電視信號。 1SDRAM接口狀態(tài)轉移圖

2 上電序列

FPGA與一塊外掛的比特構成。設計靈活,修改方便?；诘脑O計經過修改可以移植到不同的工作環(huán)境。內的采集系統(tǒng)分為數據采集、數據緩沖、接口和接口四大部分。數字化的電視信號通過數據采集模塊被采集到內,并進行位寬調整等數據預處理,然后使用數據緩沖模塊匯集批量的數據后通過接口存入外掛的芯片,最后使用接口將數據讀入到計算機內進行后處理。

ITU601標準量化的數字電視信號包含一組比特的亮度信號,一組比特的色差信號和一組比特的同步信號,還有一條時鐘信號。同步信號包含場同步與行同步,分別指示場消隱期和行消隱期。信號采用簡單的線性編碼方式。亮度信號的取樣頻率定為。在：：格式中,每個色差信號取樣數為亮度信號的一半,取樣頻率定為。為了采集完整的電視信號需要每一個時鐘采集亮度、色差與同步共比特數據。

SDRAM總線相同的比特數據。如果的容量足夠大,系統(tǒng)可以只是簡單地將每次比特數據填充至比特以簡化設計。如果容量有限,可以將次采集的比特數據調整成個比特的數據以充分利用存儲空間。還可以去除電視行場同步期間的無效數據以節(jié)省空間。采集模塊在開始采集后等待一場電視信號開始后才開始采集,保證存入的數據可以構成完整的電視圖像,有效地利用存儲空間。當空間被數據填滿時,系統(tǒng)自動停止數據采集。這樣采集的數據量大小完全由可配置的容量大小決定。通過增加可以方便地擴充系統(tǒng)容量。

13.5 MHz或者的電視信號采樣頻率上,而接口模塊工作在高速時鐘上。為了避免跨越時鐘域可能導致的亞穩(wěn)態(tài)問題,數據采集模塊與接口模塊必須使用進行緩沖與數據傳遞。數據緩沖模塊采用一個個字,每個字長比特的雙時鐘、雙端口的作為存儲單元。當開始采集數據時將復位,然后數據采集模塊每采集一個比特的數據就將其寫入。當內的數據達到個后通知接口模塊進行讀寫。由于采用了進行時鐘域間的數據傳遞,輸入模塊的時鐘與后端的工作時鐘沒有任何聯系,便于靈活地配置采樣時鐘。當用于采集頻率更高,數據量更大的場合時,應適當加大字深,以防溢出。

SDRAM容量大,但是命令多,操作復雜。的命令由、和構成,分別表示行選擇、列選擇與讀寫控制。當每一次只寫入一個字時,必須使用至少個命令,帶寬利用率低于％。為了充分利用的特點,本文采用連續(xù)寫入模式來減少的命令開銷,提高帶寬的利用率。連續(xù)寫入個字只需要個時鐘,帶寬利用率提高到％ 。因為與通信的帶寬很低,因此每一次只需讀出一個字就可以了。根據系統(tǒng)工作需要,接口模塊只提供必需的連續(xù)個寫、單獨個讀的種操作接口,簡化了設計?！?/p>

SDRAM的命令與時序。為了實現高效的存取,提高總線的利用率,接口模塊采用的高速時鐘。當得到數據存取模塊的讀要求后,向連續(xù)寫入個字,當得到接口模塊的讀請求后讀出個字,其他時間保證進行刷新工作,以免數據丟失。

SDRAM是易失性存儲器,需要保證在內對內的數據進行刷新操作,否則內的數據將會丟失。由于系統(tǒng)采用了高速訪問時鐘,而且采用連續(xù)寫入個數據的模式,總線的帶寬利用率最高只有,當從讀出數據時的總線帶寬利用率就更低了,大量時間處于空閑狀態(tài)。因此可以讓在空閑狀態(tài)進行數據刷新工作,當有數據讀寫要求時退出刷新操作,進入讀寫操作,其狀態(tài)轉移圖如圖所示。一個完整的寫入操作執(zhí)行以下命令序列：,,,連續(xù)個,,。一個完整的讀出操作執(zhí)行以下命令序列：,,,,。

SDRAM特有的操作。在上電后進入不定態(tài),為了讓進入確定的狀態(tài)必須進行以下的上電序列操作：保持至少INHI比特和命令外不能有其他命令;在一個命令后施加命令;接著施加個命令;最后施加命令設置工作模式。本文采用如圖所示的上電序列。

SDRAM中的數據需要傳輸到計算機中進行下一步的數據提取等再處理工作。由于此項工作沒有實時性的要求,所以采用簡單的低速并口接口實現與的通信。當發(fā)出一個讀的邏輯地址時,接口模塊將其低位的地址保留,其余高位地址發(fā)送給接口模塊轉換為的塊地址,行地址與列地址、并同時向接口發(fā)出讀命令。當讀出比特數據后,根據保留的低位地址選擇出一個比特數據,然后傳輸給。由于可能存在同時讀寫的請求,所以采用一個仲裁器對的訪問要求進行仲裁。優(yōu)先滿足寫入請求,在寫入操作結束后再響應讀出請求

PC里通過軟件進行。軟件與硬件配合使用減少了修改硬件的風險,提高了系統(tǒng)的可維護性和可升級性。硬件系統(tǒng)采集到的是每一個采樣點的數據,并不區(qū)分數據是否在消隱期等。通過后期軟件處理將數字化的電視信號根據行場結構提取出具有×可見窗口的有效數據,并根據仿真要求安排亮度與色度信號的排列格式。當應用于不同場合進行數據采集時,只要修改數據后處理部分的軟件和內的數據采集模塊就可以實現系統(tǒng)的移植,而不需要改動硬件設計。

Stratix系列30F780C7型號和×的。采用語言實現的編程。整個采集系統(tǒng)使用了,個邏輯單元。

ITU601標準的數字電視信號的時鐘頻率為,數據為比特,其中比特亮度信號,比特色度信號,比特行同步信號和比特場同步信號。一場電視信號的數據量約是。項目開發(fā)的算法分析需要采集連續(xù)幀場的數據。采用的就可以保證存儲容量。該系統(tǒng)能夠完整不失真地采集連續(xù)場的數字電視信號。采集的電視信號用于芯片降噪、去隔行和畫質增強等算法分析與仿真中。

SDRAM容量來實現。本系統(tǒng)是面向數字電視采集應用開發(fā)的,如果前端增加就可以實現對模擬信號的采集。由于主控部分在中實現,只需對系統(tǒng)的數據采集部分的位寬等進行相應的修改就可以適應不同的應用。如果使用或等高速總線接口實現與機的數據傳輸,該系統(tǒng)還可以脫離容量的限制,實現實時采集。