多路图像采集卡的总体设计



2011-10-28 12:27　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　摘要：提出了一种基于FPGA+ARM的多路视频采集卡的设计与实现方法。该视频采集系统不仅能对多路快速变化的视频信号进行采集和处理，而且能应用为系统信号发生设备.系统采用FPGA为核心高速时序逻辑控制、接口控制单元，加上嵌人式ARM强大的信号采样控制功能，能够在较低成本下对多路视频信号进行快速准确可靠的获取。

　　关键词：多路视频采集卡，FPGA，ARM

　　视频信号可以直观地显示出目标物体的具体信息。视频采集在航空航天领域广泛应用于目标识别、测角测距和自动成像制导。视频采集系统需要对多路视频信号进行严格地时序控制，同时要求采集生成的视频信号与接收系统有良好的匹配特性，不准确的视频采集会带来目标错误识别、测量误差和制导错误。传统视频采集系统设计采用单片机或PC系统，存在诸如MCU的复位不可靠或PC可能跑飞等问题，采用FPGA可以高速、高可靠地进行视频采样控制、高速数据存储、传输控制。

　　目前多路视频采集卡多采用多个A/D转换器+DSP的结构，虽然可以达到很高的采样率，获得很好的视频数据处理效果，但系统制造成本过高。而且多路A/D对视频信号并行采样时，增加了系统的功率消耗，且管脚与电路连接的增加也提高了电路复杂度。而ARM是一个多任务的处理器，较DSP构成的应用系统而言制造成本低，开发容易，集成度高，而且也能获得良好视频采集效果。采用ARM不仅可以实现较高速度视频信号的A/D采样，而且可以对各路视频信号进行独立的算法控制和编程处理，采集到视频信号能保证与航空航天应用系统要求良好的匹配。同时，采用FPGA对ARM进行有效控制，极大地提高了ARM的工作性能与多任务支配。

　　文中采用FPGA+ARM技术设计了一种高速、高可靠的实时多路视频采集卡。FPGA按时间片对视频信号进行分时采样和读取;ARM完成视频信号的A/D采样，并通过数位电控器对视频信号进行幅度控制，同时可以视频信号波形进行编程处理;同时系统采用共享总线，分时采集和读取，提高了系统采集和传输速度，达到对多路视频信号采集的有效控制。系统电路简单，功率消耗低，采集方式灵活，具有良好的兼容性、扩容性与移植性，可以对多路视频信号进行高速、准确的采集。

　　对多路视频采集卡而言，由于采样速率高，存储容量较大，实时处理的难度比较高，如何在存储器的存储速度和存储容量这对矛盾体之间选择是设计难点：双口RAM和FIFO可以实现很高的存储速度，但其存储容量有限;SRAM速度较低，但其存储深度却是双口RAM和FIGO难以相比的，并且易于实现多片扩展。系统采用两个IS61LV256的SRAM作为视频数据存储区。Is61LV2量为256Kbit，存储时间在20ns以下，可以满足10Msps以上的采样要求。它具有15位地址总线和8位数据总线。视频采集系统地址总线为12位，将lS61LV256的高3位地址线接地。OE为输出使信号，WE为写使能信号，CE为芯片选择信号，都为低电平有效，由FPGA控制输出。当CE为高时芯片不工作，CE为低时：①WE为低时执行写操作;②WE为高，OE为低时执行读操作。

　　多路视频采集卡在通信、雷达、电子对抗、航天测量、图像和多媒体等多种领域有着广泛的应用，而且系统应用背景对视频采集信号的时序逻辑、功率匹配特性、及采集系统的速率提出了越来越高的要求，文中采用基于FPGA十ARM技术，实现了四路视频信号的精确高速，可靠视频采集，并且采样率和采样视频信号可以迸行编程预置与算法设计，满足对航天测量等多种精密系统的对多路视频信号的采集要求。良好的扩展特性和较低的制造成本保证了系统在多路视频信号低成本采集具有广泛的应用空间。

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