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1、xx 学院 2016 届本科毕业论文（设计）I基于基于 FPGA 的视频采集与显示模块设计的视频采集与显示模块设计摘 要视频监控是一种可以执行视频采集并实时显示的电路系统，我们可以根据需求设计不同的监控系统，在实际应用中较为普遍，可见对于视频监控值得去探索学习。设计所采用的芯片是 FPGA，FPGA 如同一张白纸，我们可以通过硬件描述语言自由的设计。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性，使用 FPGA 来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，提高系统的可靠性。本文对视频采集、存储、显示的设计进行阐述。在这次的课题设计中其具体的操作流程为：借助于Office Visio软件完成了相应框图、流
2、程图的设计，UltraEdit软件完成了 RTL 代码的编辑，Modelsim软件完成了 RTL 代码的仿真，Quartus软件完成了代码的综合以及板级调试等。本次设计通过简单的方式实现电路模块的设计，经过板级调试成功后。将手机上的钟点放到摄像头前，这时在 CRT 显示器上就会显示摄像头采集到的手机钟点信息。关键词：关键词：FPGA；OV7670；异步 RAM；VGA基于 FPGA 的视频采集与显示模块设计IIDesign of Vedio Collect and Display Modules Based on FPGAAbstractThe vedio surveillance is a
3、circuit system can perform vedio acquisition and vedio display which real time,we can design different monitoring system according to the requirement,in fact it is universal for we to use,so it is worth to learning video surveillance.The chip used in the design is FPGA，FPGA is like a blank paper，we
4、can free to design by using hardware description language, we can simulate by some software, We can judge the correctness of the design in advance, use FPGA to develop digital circuits,we can greatly shorten the design time,make the system is more safer.This paper describes the design of video captu
5、re, storage and display. the specific operation process: the corresponding block diagram and flow chart are designed with the aid of Visio Office software. UltraEdit software to complete the RTL code editor,We can design different monitoring system according to the requirement. the corresponding blo
6、ck diagram and flow chart are designed with the aid of Visio Office software. Modelsim software to complete the simulation of the RTL code, Quartus software completed the code integrated and board level debugging, etc. This design through a simple way to achieve the design of the circuit module, aft
7、er the success of board level debugging.we can place cell phone in the front of the camera, meanwhile the CRT display will show hour of the camera to capture the phone information.Keywords: FPGA, OV7670, Asynchronous ram, VGA目目 录录摘 要 IAbstract .II1 绪论11.1 研究背景及目的.1 1.2 设计创新点.1 1.3 开发软件简介.22 选型分析32.1
8、 视频采集器件简介.3 2.2 FPGA 芯片及开发板简介3 2.3 视频显示器简介.43 整体方案设计64 视频信号的采集74.1 SCCB_CTRL 模块介绍7 4.1.1 SCCB 协议简要说明 .7 4.1.2 SCCB_CTRL 模块操作时序说明.7 4.1.3 SCCB_CTRL 模块流程说明.7 4.1.4 SCCB_CTRL 模块结构框图.8 4.1.5 SCCB_CTRL 模块接口信号.9 4.1.6 SCCB_CTRL 模块仿真波形.9 4.2 OV7670 模块介绍 9 4.2.1 OV7670 模块操作时序说明9 4.2.2 OV7670 模块结构框图10 4.2.3
9、OV7670 模块接口信号10 4.2.4 OV7670 模块仿真波形10 4.2.5 OV7670 模块输出数据结构115 视频信号存储125.1 ASYN_RAM 模块结构框图12 5.2 ASYN_RAM 模块操作流程12 5.3 ASYN_RAM 模块接口信号12 5.4 ASYN_RAM 模块仿真波形136 视频显示说明146.1 颜色空间的认识.14 6.2 RGB 颜色空间14 6.3 YUV 颜色空间15 6.4 VGA 时序图15 6.5 VGA 接口介绍166.6 VGA 模块接口框图16 6.7 VGA 模块接口信号17 6.8 VGA 模块仿真波形177 开发板调试18
10、8 总结19参考文献20致 谢21附 录22SCCB_CTRL 模块代码代码.22 AUTO_CFG_OV7670 模块代码代码 28 OV7670_SCCB 模块代码代码.31 CLK_GEN 模块代码代码.32 OV7670 模块代码代码 .33 VGA 模块代码代码.34巢湖学院 2016 届本科毕业论文（设计）11 绪论绪论1.1 研究背景及目的研究背景及目的随着科技的不断进步，人们的生活水平也得到了提高，生活质量有了相当大的进步。当然，人们生活水平和质量提高后，人们开始渴望精神生活改善，比如，娱乐、健身消费开始成为越来越多的人的青睐。能够确保人们的财产生命安全成了各商家、企业关注的焦
11、点。因此，越来越多的商家、企业都装上了视频监控系统，以便尽量确保人们的生命和财产的安全。可以说，视频监控设备对一个国家的国防安全、社会安全起到了一个至关重要的作用。本文旨在研究一种基于 FPGA 视频采集与显示模块的设计方法，采用Verilog 硬件描述语言设计并验证了系统中的 OV7670 视频信息采集模块、视频信息缓存模块、视频信息显示模块。通过模块的设计，完成了通过 OV7670 实现对外界模拟视频信息的采集（A/D 转换）、并能够通过 VGA 接口实现在显示器上进行实时的显示。基于 FPGA 的设计为视频采集与显示提供了更加灵活高效的实现可能性，该设计模块具有体积比较小、效率较高等优点
12、，在视频处理、安防监控、视频传输等有广泛的应用。1.2 设计创新点设计创新点1.设计的实用性。视频采集并显示模块是一种可以采集并显示视频的方案，也是现在视频监控设备的核心基础。除此之外，此方案如果加上算法级处理后，便可以监控移动的物体、进行人脸识别等。可见对视频采集和显示模块的研究具有实用性。2.设计标准化。模块化设计在本次课题设计中被普遍采用，它贯穿整个设计系统。使各个模块功能相互独立。增加了代码的易读性，使设计标准化。3.设计显示的多元化。设计要求是 OV7670 采集数据并在 VGA 显示器上将其显示出来，由于视频的存储采用了异步 RAM 存储器，因此，如果添加一个TFT 彩屏控制器,那
13、么这个系统就可以使视频信息在 TFT 彩屏上显示，使显示多元化。基于 FPGA 的视频采集与显示模块设计21.3 开发软件简介开发软件简介完成视频采集与显示模块设计所需要的软件如表 1-1 所示。表 1-1 开发软件及功能软件功能Office Visio画框图、流程图等UltraEdit编辑verilog代码Modelsim仿真代码Quartus对代码进行综合、板级调试等巢湖学院 2016 届本科毕业论文（设计）32 选型分析选型分析2.1 视频采集器件简介视频采集器件简介图2-1 OV7670实物图OV7670 图像传感器是一种将 A/D 转换器，它将外界的模拟图像信号进过A/D 转换为数字
14、信号。OV7670 具有体积小、工作电压低、价格便宜等特点，还支持输出图像的调节功能。使用者可以通过 FPGA 对 OV7670 进行配置（通过 SCCB 总线进行配置），从而使 OV7670 可以以整帧方式输出 8 位数据、子采样方式输出 8 位数据、取窗口方式输出 8 位数据1。该产品的图像刷新频率最高达到 30 帧/秒。所有图像的处理方式包括伽玛曲线处理方式、白平衡处理方式、饱和度处理方式、色度处理方式等都可以通过 SCCB 接口编程配置2。OV7670 图像传感器应用独有的传感器技术，通过采用先进的固定图案降噪技术、浮散处理技术等，降低了图像的不稳定，提高图像质量，从而能够得到用户想要
15、的清晰地稳定的彩色图像。OV7670 实物如图 2-1 所示。2.2 FPGA芯片及开发板简介芯片及开发板简介该 FPGA 的型号是 Cyclone II 系列的 EP4CE10C8，此款 FPGA 内部拥有4608 个 LES，RAM 资源共计 119808 bits，18*18 硬件乘法器总共有 13 个、高性能 PLL 有两个、自定义 IO 多达 142 个。开发板上提供了大容量片上 RAM，如：SDRAM 和 Flash ROM 等存储器件。为用户提供了标准的 2.54mm 间距的基于 FPGA 的视频采集与显示模块设计4扩展插座，只需要外接 5V 电源即可。FPGA 芯片介绍如表 2
16、-1、表 2-2 所示。表 2-1 EP4CE10 硬件逻辑资源情况ResourcesEP4CE6EP4CE10EP4CE10LEs62721032015408PLLs224Glock clk101020I/O Bank888Users I/O179179343表 2-2 EP4CE10 硬件管脚封装兼容升级设计PackageU256F256F324Size(mm)14*1417*1719*19Device I/O LVDSI/OLVDS I/OLVDSEp4ce61796617966-Ep4ce101796617966-Ep4ce151655316553-Ep4ce221535215352-Ep4ce30-19368Ep4ce40-193682.3 视频显示器简介视频显示器简介图2-2 VGA显示器实物图显示器采用 CRT 显示器，CRT 显示器是一种常见的彩色显示器，RGB（绿 Green 红 Red 蓝 Blue）三基色按照
