基于ｆｐｇａ技術(shù)的新型高速圖像采集 摘要：介紹了以ｆｐｇａ為核心芯片的高速圖形采集系統(tǒng)，圖形采集頻率可達(dá)１３．５ｍｈｚ。在該系統(tǒng)中，還采用了ｐｈｉｌｉｐ公司最新推出的視頻ａ／ｄ芯片ｓａａ７１１１，將電視信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由ｆｐｇａ作為控制器將數(shù)字信號存入２５６ｋｒａｍ，以便ｄｓｐ芯片根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理，提取有用數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：ｆｐｇａ ａ／ｄ 視頻采集 現(xiàn)代的圖形采集技術(shù)發(fā)展迅速，各種基于ｉｓａ、ｐｃｉ等總線的圖形采集卡已能在市場上買到，但是價(jià)格比較昂貴，并且處理功能簡單。對于特殊需要不能很好滿足，往往需要加上后續(xù)處理部分，這給特殊需要的用戶帶來了不便。采用現(xiàn)場可編程芯片及ｄｓｐ處理芯片構(gòu)成的圖像采集系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行現(xiàn)場編程，具有通用性好、價(jià)格相對便宜等特點(diǎn)。

該系統(tǒng)采用ｐｈｉｌｉｐ公司最新推出的視頻ａ／ｄ芯片７１１１，將從ｃｃｄ輸出的ｐａｌ制式的全電視信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由ｆｐｇａ作為采樣控制器將該八位數(shù)字信號存入片內(nèi)ｒａｍ中，隨后可根據(jù)具體需要由ｄｓｐ進(jìn)行預(yù)處理，提取有用數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)量已很小），然后將所需結(jié)果經(jīng)由ｉｓａ總線交給計(jì)算機(jī)處理，完成接口功能。圖１所示為采集系統(tǒng)方框圖。

１ 視頻信號的ａ／ｄ轉(zhuǎn)化

本文所研究的圖形對象是靜態(tài)的，要求采集５１２×５１２的灰度圖像，可采用ｃｃｄ攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集。ｃｃｄ的輸出為標(biāo)準(zhǔn)ｐａｌ制式，因此需要進(jìn)行ａ／ｄ轉(zhuǎn)化。

本系統(tǒng)采用的ｐｈｉｌｉｐ公司的視頻ａ／ｄ芯片ｓａａ７１１１具有四路視頻輸入，抗混濾波、梳狀濾波都被集成到芯片內(nèi)部，帶來了極大的方便。場同步信號ｖｒｅｆ、行同步信號ｈｒｅｆ、奇偶場信號ｒｅｓ１、像素時(shí)鐘信號ｌｌｃ２都由管腳直接引出，省去了以往的時(shí)鐘同步電路的設(shè)計(jì)，可靠性也有所提高。系統(tǒng)內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)的集成使得可靠性和設(shè)計(jì)復(fù)雜度都有極大的降低。

在７１１１中有控制字可以直接控制行同步有效時(shí)間，因此可以省略行延遲電路。

２ 邏輯控制部分

本系統(tǒng)的核心控制部分由一片ｆｐｇａ芯片實(shí)現(xiàn)。由于ｆｐｇａ芯片具有高速、高可靠性、開發(fā)周期短的特點(diǎn)，并且可以根據(jù)現(xiàn)場的需要進(jìn)行編程、可擦寫多次，因而具有極大的方便性。隨著現(xiàn)代工藝的提高，芯片加工的成本有了極大的降低，可靠性也有保證，芯片的大小和功耗都有極大的降低，特別是３．３ｖ的ｆｐｇａ是現(xiàn)在廠商主推的產(chǎn)品，并且有繼續(xù)降低的趨勢�，F(xiàn)代高技術(shù)的發(fā)展使得ｆｐｇａ應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)中成為可能和必然趨勢。

基于ｆｐｇａ技術(shù)的采樣控制器要產(chǎn)生眾多的控制信號。當(dāng)微處理器發(fā)出采樣指令時(shí)，采樣控制器在此后到來的第一個(gè)幀同步信號到來時(shí)啟動(dòng)采樣，并將這幀數(shù)據(jù)存放在ｓｒａｍ中，采樣結(jié)束后向微處理器發(fā)出采樣結(jié)束ｅｃｏ信號。采樣控制器主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)邏輯功能：地址發(fā)生器；握手邏輯；ｒａｍ寫時(shí)序。

（１）地址發(fā)生器由計(jì)數(shù)器及一部分ｄ觸發(fā)器和邏輯門組成。主要具有場延遲功能和地址發(fā)生功能。由于所采圖像為５１２×５１２的正方形（這是由于系統(tǒng)后續(xù)處理的需要），７１１１中的輸出信號為７２０×６２５的矩形，因此需要對７１１１信號進(jìn)行行延遲和場延遲。