基于FPGA的高分辨率图像采集卡

随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用,例如广播电视的数字化、网络视频、监视监控系统等.  视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体时代占据着重要的位置.设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义.  本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,提出了本次设计的目标:  完成基于PCI总线的高分辨率图像采集卡设计.然后简单介绍了本次设计用到的基本理论:数据采集理论,特别说明了采样和量化的定义与区别,以及量化的几种方式和量化与AD技术之间的关系.  图像采集系统的基本构成,是以数字信号处理器为核心,控制外围的A/D、D/A转换器和外围存储器.本文对比了当下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作为数字处理核心的优缺点,并根据系统实际需要,选用FPGA作为数字信号处理器.然后列举了几款常用A/D视频芯片,还介绍了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系统的整体设计方案.  图像采集卡的硬件设计分为A/D前端模拟通道设计和FPGA数字信号传输及外围电路设计.本文重点介绍了A/D芯片外围电路连接和使用方法,对PCI总线和它的控制电路也做了详细阐述.对图像采集卡的PCB布局布线也有详细说明.  图像采集卡FPGA内部程序构成也是本文的一个重点.本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,数据暂存模块,即SDRAM读写控制模块,数据处理模块和数据传输模块,即PCI控制模块.重点在于对的SDRAM的连续读写控制和各个模块间的协调工作.说明了.A/D采集数据从接收到存储详细过程,以及对SDRAM读写状态机和PCI总线的操控.  最后介绍了硬件调试和FPGA程序验证结果.详细说明了以Modelsim为平台的前端功能仿真和后端时序仿真,以及以SignalTapⅡ为平台,程序下载到FPGA中进行的实时验证.结果表明整个图像采集系统基本达到了系统设计中所给出的性能指标,证明了整个系统设计的正确性和合理性.