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基于FPGA的四画面分割器的研究

作　者: 陈立君
导　师: 孙长库; 李桂泉
学　校: 天津大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: FPGA 模块化设计四画面分割器 Verilog
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 4次
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内容摘要

随着人们对环境安全的需求日益强烈，视频监控系统作为一种安全防范的有效手段，越来越受到各界的广泛关注。它以其视觉直观、信息量大、控制灵活、安全防范严密及时等优点，被广泛用于现场工控监视、银行安防监视、商场监视等场所。在有多个摄像机组成的视频监控系统中，如果每一个摄像机都占用一个监视器屏幕显示，则会大大增加系统成本。为了使监控人员能同时看到所有监控点的情况，即一台监视器屏幕上能同时显示多个摄像机信号，就需要使用画面分割器。画面分割器能够把多路视频信号合成为一路输出，在一个屏幕上同时显示多个视频画面，它是视频监控系统的核心部分。如使用一台四画面分割器，可以在一台监视器上同时显示四个摄像机的图像，即降低了系统成本又提高了监控效率。目前在市场上，基于专用DSP芯片方式、“PC+多媒体卡”方式和传统嵌入式系统方式实现的画面分割器的运算量小、成本较高、开发时间长，产品升级慢。为此，本文介绍了一种基于FPGA的四画面分割器系统的设计与实现。本文以FPGA芯片作为核心，采用模块化设计的思想，利用硬件描述语言Verilog编程，使用QartusII软件进行仿真和综合，设计并研制了四画面分割器。首先对四画面分割器系统进行设计，并确定设计任务。其次，分析了四画面分割器系统的工作原理。再次，介绍了实现四画面分割器系统的方案。最后，进行实现四画面分割器系统功能模块的Verilog设计。在FPGA中设计IIC总线配置模块对视频ADC芯片ADV7180进行配置；以FPGA作为视频数据处理核心，接收四路视频信号编码芯片的ITUR656格式信号，根据视频信号的格式与画面分割的要求把视频数据进行整理，数据整理的过程分为ITUR656视频的解码、插值、解交织、转换色彩空间、视频帧抽取和合成处理；处理后的视频信号送到高速SDRAM作为视频数据缓存，通过视频编码芯片DAC芯片ADV7123把数字视频数据换成模拟信号输出到VGA显示器，从而实现本地视频监控。视频显示模式分为单路全屏、画中画或多路视频画面，通过按键信号实现了视频画面显示切换。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 视频画面分割器的课题背景  8
  1.2 国内外视频画面分割器的发展现状  8-11
    1.2.1 国内外主流画面分割器现状  8-9
    1.2.2 目前主流画面分割器产品的主要性能  9
    1.2.3 基于 FPGA 的画面分割器的发展前景  9-11
  1.3 本文研究的目的、内容  11-12
第二章系统总体方案及硬件电路设计  12-15
  2.1 系统设计任务  12
  2.2 系统工作原理  12
  2.3 系统总体方案及整体组成框图  12-13
  2.4 硬件电路设计  13-15
第三章四画面分割器系统功能模块的设计  15-50
  3.1 IIC 控制器的设计  15-18
    3.1.1 IIC 总线整体特征  15-16
    3.1.2 IIC 控制器的 Verilog 实现  16-17
    3.1.3 IIC 控制器配置 ADV7180  17-18
  3.2 视频采集和视频处理模块设计  18-31
    3.2.1 视频采集芯片 ADV7180 的功能特性  18
    3.2.2 ADV7180 典型时序  18-19
    3.2.3 视频数据流的帧检测与提取  19-22
    3.2.4 1/4 帧视频数据的提取  22-25
    3.2.5 ITUR 656 解视频数据码  25-28
    3.2.6 色彩空间变换  28-31
  3.3 视频合成帧缓存的设计  31-42
    3.3.1 SDRAM 基本特性  32-34
    3.3.2 SDRAM 控制器的设计  34-41
    3.3.3 视频合成帧缓存的设计  41-42
  3.4 VGA 显示控制的设计  42-50
    3.4.1 VGA 显示接口的硬件设计和原理  43-44
    3.4.2 VGA 显示原理  44-45
    3.4.3 VGA 时序的设计  45-50
第四章系统调试  50-53
  4.1 调试过程  50-51
    4.1.1 硬件的调试  50-51
    4.1.2 软件的调试  51
  4.2 调试过程中的问题和解决方法  51-52
  4.3 调试结果  52-53
第五章总结与展望  53-55
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-55
致谢  55-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
参考文献  57-58

基于FPGA的四画面分割器的研究

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