基于fpga的数字视频展台的研制

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1、电路与系统专业优秀论文电路与系统专业优秀论文 基于基于 FPGAFPGA 的数字视频展台的研制的数字视频展台的研制关键词：关键词：FPGAFPGA 视频展台视频展台 数字视频展台数字视频展台 VHDLVHDL 电视信号电视信号 图像信号处理图像信号处理摘要：本文选用 Sharp(夏普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传 感器套件来实现图像信号的采集，采用 FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可 使图像传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方案比采用专用图像处 理芯片有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如 下： (1)系统硬件结构设计 完成

2、了图像信号采集、信号处理及输出和控制 部分的硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提升 将图像传感器套 件输出的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(565)格 式，利用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换， 并将帧率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600，即 SVGA 格式。 (4)实现 PS/2 鼠标的驱动及显示 根据 PS/2 协议， 完成了对 PS/2 鼠标的初始化，可实现 PS

3、/2 鼠标的在屏幕显示，同时产生 SVGA60HZ 的行、场同步信号。 (5)提出并实现了一种改进的自动聚焦算法 提出一种改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即将一场图像的所有像素的亮 度值与周围像素的亮度值差的绝对值和作为聚焦评价函数，求出相邻同场(奇场 或偶场)的聚焦评价函数的比较结果，单片机根据此信息并采用一定的搜索策略 来控制步进电机的转动，可实现图像的自动聚焦。 (6)实现一些辅助功能 实现了视频展台中常用的图像冻结、负片显示、图像文本选择、黑白彩色图 像选择输出等功能。 上述功能均采用 VHDL 描述，并在 Xilinx(赛灵思)公司 Spartan3E 系列 FPGA XC3S25

4、0E 上实现，已经应用于视频展台的生产中。本文 实现的各功能模块既可应用于本系统中，也可作为独立的、拥有自主知识产权 的 IP Core 应用与其它系统中。正文内容正文内容本文选用 Sharp(夏普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传感 器套件来实现图像信号的采集，采用 FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可使 图像传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方案比采用专用图像处理 芯片有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如下：(1)系统硬件结构设计 完成了图像信号采集、信号处理及输出和控制部分 的硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提

5、升 将图像传感器套件输 出的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(565)格式， 利用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换，并 将帧率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600， 即 SVGA 格式。 (4)实现 PS/2 鼠标的驱动及显示 根据 PS/2 协议，完成了 对 PS/2 鼠标的初始化，可实现 PS/2 鼠标的在屏幕显示，同时产生 SVGA60HZ 的行、场同步信号。 (5)提出并实现

6、了一种改进的自动聚焦算法 提出一种 改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即将一场图像的所有像素的亮度值与周 围像素的亮度值差的绝对值和作为聚焦评价函数，求出相邻同场(奇场或偶场) 的聚焦评价函数的比较结果，单片机根据此信息并采用一定的搜索策略来控制 步进电机的转动，可实现图像的自动聚焦。 (6)实现一些辅助功能 实现了 视频展台中常用的图像冻结、负片显示、图像文本选择、黑白彩色图像选择 输出等功能。 上述功能均采用 VHDL 描述，并在 Xilinx(赛灵思)公司 Spartan3E 系列 FPGA XC3S250E 上实现，已经应用于视频展台的生产中。本文 实现的各功能模块既可应用于本系统中，

7、也可作为独立的、拥有自主知识产权 的 IP Core 应用与其它系统中。 本文选用 Sharp(夏普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传感器套 件来实现图像信号的采集，采用 FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可使图像 传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方案比采用专用图像处理芯片 有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如下： (1)系统硬件结构设计 完成了图像信号采集、信号处理及输出和控制部分的 硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提升 将图像传感器套件输出 的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(

8、565)格式，利 用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换，并将 帧率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600， 即 SVGA 格式。 (4)实现 PS/2 鼠标的驱动及显示 根据 PS/2 协议，完成了 对 PS/2 鼠标的初始化，可实现 PS/2 鼠标的在屏幕显示，同时产生 SVGA60HZ 的行、场同步信号。 (5)提出并实现了一种改进的自动聚焦算法 提出一种 改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即将一场图像的所有像素的亮

9、度值与周 围像素的亮度值差的绝对值和作为聚焦评价函数，求出相邻同场(奇场或偶场) 的聚焦评价函数的比较结果，单片机根据此信息并采用一定的搜索策略来控制 步进电机的转动，可实现图像的自动聚焦。 (6)实现一些辅助功能 实现了 视频展台中常用的图像冻结、负片显示、图像文本选择、黑白彩色图像选择 输出等功能。 上述功能均采用 VHDL 描述，并在 Xilinx(赛灵思)公司 Spartan3E 系列 FPGA XC3S250E 上实现，已经应用于视频展台的生产中。本文实现的各功能模块既可应用于本系统中，也可作为独立的、拥有自主知识产权 的 IP Core 应用与其它系统中。 本文选用 Sharp(夏

10、普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传感器套 件来实现图像信号的采集，采用 FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可使图像 传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方案比采用专用图像处理芯片 有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如下： (1)系统硬件结构设计 完成了图像信号采集、信号处理及输出和控制部分的 硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提升 将图像传感器套件输出 的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(565)格式，利 用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换，并将 帧

11、率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600， 即 SVGA 格式。 (4)实现 PS/2 鼠标的驱动及显示 根据 PS/2 协议，完成了 对 PS/2 鼠标的初始化，可实现 PS/2 鼠标的在屏幕显示，同时产生 SVGA60HZ 的行、场同步信号。 (5)提出并实现了一种改进的自动聚焦算法 提出一种 改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即将一场图像的所有像素的亮度值与周 围像素的亮度值差的绝对值和作为聚焦评价函数，求出相邻同场(奇场或偶场) 的聚焦评价函数的

12、比较结果，单片机根据此信息并采用一定的搜索策略来控制 步进电机的转动，可实现图像的自动聚焦。 (6)实现一些辅助功能 实现了 视频展台中常用的图像冻结、负片显示、图像文本选择、黑白彩色图像选择 输出等功能。 上述功能均采用 VHDL 描述，并在 Xilinx(赛灵思)公司 Spartan3E 系列 FPGA XC3S250E 上实现，已经应用于视频展台的生产中。本文 实现的各功能模块既可应用于本系统中，也可作为独立的、拥有自主知识产权 的 IP Core 应用与其它系统中。 本文选用 Sharp(夏普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传感器套 件来实现图像信号的采集，采用

13、FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可使图像 传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方案比采用专用图像处理芯片 有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如下： (1)系统硬件结构设计 完成了图像信号采集、信号处理及输出和控制部分的 硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提升 将图像传感器套件输出 的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(565)格式，利 用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换，并将 帧率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM

14、 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600， 即 SVGA 格式。 (4)实现 PS/2 鼠标的驱动及显示 根据 PS/2 协议，完成了 对 PS/2 鼠标的初始化，可实现 PS/2 鼠标的在屏幕显示，同时产生 SVGA60HZ 的行、场同步信号。 (5)提出并实现了一种改进的自动聚焦算法 提出一种 改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即将一场图像的所有像素的亮度值与周 围像素的亮度值差的绝对值和作为聚焦评价函数，求出相邻同场(奇场或偶场) 的聚焦评价函数的比较结果，单片机根据此信息并采用一定的搜索策略来控制 步进电机的转动，可实现图像的自动聚焦。 (

15、6)实现一些辅助功能 实现了 视频展台中常用的图像冻结、负片显示、图像文本选择、黑白彩色图像选择 输出等功能。 上述功能均采用 VHDL 描述，并在 Xilinx(赛灵思)公司 Spartan3E 系列 FPGA XC3S250E 上实现，已经应用于视频展台的生产中。本文实现的各功能模块既可应用于本系统中，也可作为独立的、拥有自主知识产权 的 IP Core 应用与其它系统中。 本文选用 Sharp(夏普)公司的 47 万像素彩色 CCD(电荷耦合器件)图像传感器套 件来实现图像信号的采集，采用 FPGA 对其输出的图像信号进行处理，可使图像 传感器采集的图像在 VGA 显示器上实时显示。该方

16、案比采用专用图像处理芯片 有着很强的价格优势，且利于系统的功能扩展。本文的主要工作概括如下： (1)系统硬件结构设计 完成了图像信号采集、信号处理及输出和控制部分的 硬件电路设计。 (2)实现图像格式转换及帧率提升 将图像传感器套件输出 的 PAL(逐行倒相)制数字 YUV(422)格式信号转换成 RGB(565)格式，利 用两个 SDRAM 作为帧缓存，采用场间插值算法，完成隔行到逐行的转换，并将 帧率由 25HZ 提升到 60HZ。 (3)实现图像放大 利用 FPGA 内部 Block RAM 作为行缓存，采用线性插值算法，将图像分辨率由 738*575 放大到 800*600， 即 SVGA 格式。