基于DVI接口的圖像總線控制系統(tǒng)
摘要:設(shè)計了一種基于DVI接口的高速圖像采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定采集Camlink接口的高速CCD傳輸?shù)臄?shù)字信號,并能提供一路DVI接口高清顯示和一路PAL制式復(fù)合視頻。系統(tǒng)可與上位機(jī)通過CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,并提供數(shù)字視頻信號給壓縮存儲單元和圖像處理單元。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單,工作穩(wěn)定可靠,能夠廣泛應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞:DVI;Camlink;圖像處理;PAL
引言
帶有DVI接口的顯示器和顯卡越來越普及,DVI(Digital Visual Interface)是1999年由Silicon Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同組成的DDWG(Digital Display Working Group,數(shù)字顯示工作組)推出的接口標(biāo)準(zhǔn)。
和傳統(tǒng)的VGA信號相比,采用DVI信號的液晶顯示器不存在相位問題,不會引起像素抖動和相鄰像素間的干擾。另外,采用DVI信號后,顯示器不會造成幾何失真,大大提高了畫面的質(zhì)量。而在圖像處理領(lǐng)域,從采集到壓縮、存儲、顯示,不斷提高的跟蹤測量參數(shù)對視頻信號提出了越來越高的速度要求。高幀頻CCD相機(jī)、大容量固態(tài)硬盤、高速DSP越來越多地應(yīng)用于工程實踐中??梢灶A(yù)見,高速視頻信號采集和高質(zhì)量圖像疊加顯示在實踐中的有機(jī)結(jié)合,將會在圖像處理領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
本文設(shè)計了一種基于DVI接口的圖像總線控制系統(tǒng),該系統(tǒng)將高速視頻信號采集后通過DVI接口進(jìn)行視頻疊加處理,從而實現(xiàn)了采集信號的高清顯示。除此以外,也提供了高速數(shù)字信號的PAL模擬轉(zhuǎn)換功能和高速數(shù)字信號的壓縮、處理、存儲、傳輸功能,能夠滿足圖像處理領(lǐng)域的多種需求。
1 系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)由視頻數(shù)據(jù)接口、CAN總線通信模塊、PAL模塊等組成。硬件電路主要器件包括FPGA芯片系列EP3C120F780C7、DVI接口模塊、單片機(jī)C8051F500、視頻編碼器SAA7128等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
系統(tǒng)的控制模塊接收高速攝像機(jī)采集的數(shù)字視頻信號后進(jìn)行圖像處理,可與上位機(jī)顯卡DVI輸入信號進(jìn)行疊加后,通過DVI通道進(jìn)行高清顯示。同時,系統(tǒng)提供了一路PAL電視通道,可將高速數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬PAL制式信號給TV監(jiān)視器進(jìn)行圖像監(jiān)控。該系統(tǒng)還可以將視頻信號通過總線通道傳遞給壓縮存儲設(shè)備進(jìn)行視頻壓縮存儲和圖像處理。系統(tǒng)能通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,給上位機(jī)傳遞相關(guān)處理參數(shù),并從上位機(jī)得到相關(guān)指令。
2 視頻數(shù)據(jù)接口
系統(tǒng)采用Camlink接口的CCD,基于Camlink接口的CCD傳輸速度快,分辨率高,色彩和灰度變化豐富。Camlink技術(shù)是美國國家半導(dǎo)體公司提出的一種新型數(shù)字相機(jī)接口技術(shù),具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、通信和控制功能強(qiáng)、接口方便等特點。該技術(shù)在高靈敏度、高分辨率的相機(jī)設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。
系統(tǒng)為高速CCD采集的視頻信號提供全數(shù)字通道。高速CCD通過編解碼后將數(shù)字視頻信號傳遞給EP3C120F780C7,EP3C120F780C7將高速視頻信號傳遞給圖像處理單元進(jìn)行圖像處理;也可將高速視頻信號傳遞給專用壓縮存儲單元進(jìn)行視頻壓縮存儲,以供處理平臺進(jìn)行事后處理。
3 DVI接口模塊
DVI是以Silicon Image公司的PanalLink接口技術(shù)為基礎(chǔ),以TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,最小化傳輸差分信號)電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種接口微分信號機(jī)制,可以將像素數(shù)據(jù)編碼,并通過串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數(shù)字信號由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后,通過TMDS通道發(fā)送給接收器,經(jīng)過解碼送給數(shù)字顯示設(shè)備。
系統(tǒng)設(shè)計的DVI接口模塊包括一個傳送器和一個接收器。傳送器是信號的來源,本系統(tǒng)采用的是TI公司的TFP410,它可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為DVI接口差分信號。而接收器則選用TI公司的TFP401,它可以接收DVI的差分信號,將其解碼并傳遞到數(shù)字顯示電路中。外部視頻流通過FPGA與TFP401編碼的DVI信號進(jìn)行疊加,疊加后的數(shù)字信號通過TFP410解碼后送給DVI顯示器顯示。DVI接口模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
DVI數(shù)字信號傳輸有單連接和雙連接兩種方式。采用單連接時,其傳輸速率可達(dá)4.9 Gbps,雙連接則可達(dá)9.9 Gbps。系統(tǒng)采用的是單連接方式。
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