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基于SOPC的数字视频采集卡的设计

作　者: 涂传亮
导　师: 陈明义
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 数字串行接口 采集卡 SOPC PCI 直接内存存取
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着数字广播电视技术的普及,人们对视觉品位要求越来越高,传统视频处理技术因其制作粗糙、特效单一,已远不能满足观众的要求。将数字视频信号采集到计算机中,在计算机中可以方便的对采集的视频进行各种特效的处理,然后再播出,这样可丰富视频特效种类、提高视频的视觉效果。因此,数字视频信号采集成为视频处理领域一个重要研究方向。本文对基于SOPC的数字视频采集卡进行了研究。通过对数字视频采集卡的分析研究,提出对数字视频依次进行解码解扰、串并转换、数据缓存、数据传输的系统方案,硬件方面构建了以CycloneⅡ芯片EP2C20Q240C8为主处理芯片的硬件平台。在软件方面编制了SDI输入处理、数据处理、帧头检测模块、时钟相移、输入缓冲等模块,完成了数据的前端处理,核心模块SOPC系统由PCI核,DMA核,自定义组件组成。为解决数据采集过程中数据冗余的问题,提出了使用自定义组件工作在流模式的方法,保证采集卡可以在没有数据来源时保持等待,从而不会采集到无效数据。为满足SDI信号数据传输速率270Mbit/s要求,提高采集卡传输效率,提出了使DMA工作在BUFFER模式下的方法,实现了采集卡的性能功能要求,并达到了2112Mbit/s的采集效率。FPGA各功能模块仿真及最后系统测试表明,本文开发的基于SOPC的数字视频采集卡驱动运行正确,采集的数据符合数字视频格式,所采集图像画像稳定、不抖动。通过研究分析,利用SOPC系统集成度高的优点,缩短了研发周期,保证了系统稳定性,节约了成本,进一步可以对数字视频的播出卡进行研究,使板卡能够采集视频信号到计算机中,又可以同时播出计算机中处理好的视频信号,这将对研究视频信号与计算机通信领域方面具有积极作用。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外数字广播电视发展的现状  11-12
  1.3 数字视频采集卡的发展现状  12-14
  1.4 SOPC技术的发展现状  14-16
  1.5 本课题主要研究工作  16-18
第二章 基于SOPC的数字视频采集卡的系统设计  18-35
  2.1 数字视频采集卡的系统设计  18-19
  2.2 硬件系统框图设计  19
  2.3 SDI处理模块  19-25
    2.3.1 SDI均衡  19-20
    2.3.2 SDI时钟提取  20-25
  2.4 FPGA系统  25-29
    2.4.1 EP2C20Q240C8  25
    2.4.2 FPGA配置  25-29
  2.5 PCI总线及桥接模块  29-31
    2.5.1 PEX8112  29
    2.5.2 桥接部分电气规范  29-30
    2.5.3 时钟及复位  30-31
  2.6 电源模块  31-35
第三章 采集卡数据预处理模块的软件设计  35-49
  3.1 FPGA软件系统框图  35
  3.2 SDI接收模块  35-36
  3.3 数据变换模块  36-38
  3.4 时钟相移模块  38-39
  3.5 数据缓存模块  39-46
    3.5.1 DRAM模块  40-41
    3.5.2 写地址产生模块  41-42
    3.5.3 标志信号产生模块  42-44
    3.5.4 读使能控制模块  44-45
    3.5.5 读地址产生模块  45-46
  3.6 帧头检测模块  46-47
  3.7 数据预处理模块仿真  47-49
第四章 采集卡的SOPC模块设计  49-70
  4.1 AVALON总线简介  49-50
  4.2 SOPC系统框架组成  50-51
  4.3 PCI组件  51-54
  4.4 DMA组件  54-60
    4.4.1 DMA工作原理  54-57
    4.4.2 DMA组件定制  57-59
    4.4.3 DMA突发模式的选择  59-60
  4.5 数据采集自定义组件SDI IN  60-66
    4.5.1 AVALON流模式工作原理  60-62
    4.5.2 自定义组件定制  62-65
    4.5.3 自定义组件工作原理  65-66
  4.6 SOPC系统模块  66-67
  4.7 SOPC系统模块数据测试  67-70
第五章 基于SOPC的数字视频采集卡的驱动程序设计  70-82
  5.1 驱动程序开发工具的选择  70-71
  5.2 使用WinDriver开发驱动程序  71-82
    5.2.1 构建驱动程序框架  71-74
    5.2.2 DMA控制  74-76
    5.2.3 中断处理  76-78
    5.2.4 数据存储  78-79
    5.2.5 链式DMA的驱动设计  79-82
第六章 系统测试  82-90
  6.1 测试环境  82
  6.2 驱动测试  82-84
  6.3 内存中的数据测试  84-86
  6.4 图像测试  86-89
  6.5 性能测试  89-90
第七章 总结与展望  90-92
  7.1 总结  90-91
  7.2 展望  91-92
参考文献  92-96
附录一 电路原理图  96-97
附录二 FPGA顶层部分原理图  97-98
附录三 自定义数据输入组件核心代码  98-100
附录四 DRAM标志信号产生模块程序代码  100-101
附录五 DRAM读使能控制模块程序代码  101-103
致谢  103

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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