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基于SOPC技术的数字视频接口研制

作　者: 琚新刚
导　师: 郭敏
学　校: 郑州大学
专　业: 物理电子学
关键词: 可编程单芯片系统现场可编程门阵列数字视频接口数据压缩软核处理器以太网
分类号: TN919.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

SOPC技术具有软硬件协同设计的特点,这使得系统的硬件开发高效快捷,也为将来的硬件升级带来便利,从而缩短了系统开发周期,节省了系统成本,延长了系统的生命周期。利用FPGA基于硬件的快速、并行处理的特点,可使系统数据处理和传输速率大为提高。表现在对视频图像数据缓冲压缩方面,性能稳定,同时兼具体积小、功耗低的优点。本课题采用SOPC技术和适当的图像压缩算法,实现以FPGA为主要载体,以NiosⅡ软核为主控制器,用以太网方式传输视频数据的数字视频接口。通过对经DVI解码的数字视频信号进行图像压缩、乒乓帧缓冲,再由DMA方式传送至以太网控制器,验证了用双绞线传输视频信号的方案。基于SOPC技术的数字视频接口,专用于信源为DVI信号的数据传输,主要由前端DVI接收解码模块、数据压缩缓冲模块、NiosⅡ控制系统和以太网控制电路等四部分组成,数据压缩缓冲模块、NiosⅡ控制系统两部分集成内建于一片FPGA芯片里,实现了一个SOC系统。其中NiosⅡ控制系统中集成了NiosⅡ处理器、DMA控制器、以太网控制器端口、可编程I/O、三态桥等组件,而数据缓冲区由内建的两片RAM组成。系统的关键性能是带宽大小。DVI接收电路的解码速率,数据缓冲速率,数据压缩模块的运行速率和压缩比,DMA传送速率,以太网传送速率,都将影响到系统的带宽,所以,系统设计中注重了各模块间速率的匹配,并选择由NiosⅡ处理器实现总体控制每个模块的协同工作。系统的技术特色。压缩和传送操作采用乒乓帧方式,使压缩和传送并行执行；压缩后的数据采用NiosⅡ系统中的DMA方式传至以太网控制器,既利用了NiosⅡ系统中成熟的以太网控制器端口组件,又保证了数据的高速送达；另外,整个接口系统的主要部件内植在单片FPGA中,外观尺寸小、改动灵活、升级便捷,可以在系统修改。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-14
  1.1 背景和意义  9-12
    1.1.1 VGA模拟信号接口  9-11
    1.1.2 DVI及其优势  11-12
  1.2 DVI显示技术发展现状  12-13
    1.2.1 特殊DVI光纤电缆  12
    1.2.2 加装信号放大器和中继器  12-13
  1.3 主要研究内容  13-14
2 SOPC技术  14-24
  2.1 SOPC概述  14-15
    2.1.1 SOPC技术特点  14
    2.1.2 SOPC技术内容  14-15
    2.1.3 SOPC技术发展  15
    2.1.4 SOPC开发流程  15
  2.2 Nios Ⅱ软核  15-24
    2.2.1 Nios Ⅱ体系结构  16-17
    2.2.2 Nios Ⅱ特性  17-20
    2.2.3 Avalon规范  20-24
3 DVI接口  24-32
  3.2 接口规范  25-27
  3.3 TMDS协议  27-32
4 数据压缩算法  32-43
  4.1 概述  32-33
    4.1.1 冗余  32
    4.1.2 数据压缩  32-33
  4.2 游程编码(Run Length Coding)  33-36
    4.2.1 RLE(Run-Length Encoding,游程编码)原理  33-34
    4.2.2 RLE编码步骤  34-35
    4.2.3 一维RLE编码和二维RLE编码  35-36
  4.3 Huffman(霍夫曼)编码  36-40
    4.3.1 Humffman编码  37
    4.3.2 Humffman编码步骤  37-40
  4.4 拜尔模式  40-43
    4.4.1 拜尔模式的原理  40-41
    4.4.2 存储需求  41-43
5 系统整体设计  43-57
  5.1 系统架构及主控芯片  43-45
    5.1.1 系统架构  43
    5.2.2 FPGA主控芯片  43-45
  5.2 TMDS接收  45-53
    5.2.1 TMDS接收电路  45-48
    5.2.2 数据压缩模块  48-51
    5.2.3 Nios Ⅱ控制模块  51-53
  5.3 以太网发送模块  53-57
    5.3.1 千兆以太网控制器IP核  53-54
    5.3.2 网端结构  54
    5.3.3 系统端结构  54-55
    5.3.4 以太网控制器的初始化  55-57
6 结论  57-58
  6.1 总结  57
  6.2 存在的问题和可改进处  57-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
个人简历  62

基于SOPC技术的数字视频接口研制

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