基于FPGA多路机载冗余图像处理系统的设计方案

时间:2022-03-17作者:佚名

本方案中的电路设计简洁,具有较强的灵活性和扩展性。通过实际测试结果表明,系统能够流畅地对1 600×1 200分辨率,60 Hz刷新率,24位真彩色的高清视频进行实时处理,其系统可靠、稳定,实用性强。

0 引言

DVI(数字视频接口)是当前数字显示领域研究和应用的热点,面向DVI输出的视频处理技术不仅解决了显示器高分辨率、高刷新率等问题,而且提高了稳定性和显示性能,并进一步降低了平板显示器的成本。因此,面向DVI输出的视频控制器的研究具有十分重要的现实意义。

根据DVI标准,一条TMDS通道可以达到165 MHz的工作频率和10 b 接口,也就是可以提供1.65 Gb/s的带宽,这足以应付1 920×1 080@60 Hz(23寸LCD)的显示要求。另外,为了扩充兼容性,DVI还可以使用第二条TMDS通道,这样其带宽将会超过3 Gb/s.也正是由于其较高的带宽优势,目前DVI已经成为了IT业界最具前途的规范。

DVI具有支持高带宽数据传输和高清晰图像显示的优点。模拟视频的显示是通过数字到模拟到数字的转化实现的,而DVI接口无需进行这些转换,直接数字到数字,避免了信号转换而带来的图像质量损失,使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。基于以上优点,DVI接口被广泛应用于航空、航天等领域。

1 总体方案设计

1.1 总体方案原理框图

用户输入4路DVI信号,然后根据输入信号特性进行选择,将视频信号实时显示在液晶屏上。另外,将实时显示的图像回送给记录仪,此时记录仪实时记录当前的信息以及故障信息,确保在全任务阶段图像显示的正确性。根据设计要求,选择Altera公司生产的FPGA芯片EP2S30F1020I4 为主控芯片,配置芯片选用EPCS16SI16N.利用FPGA内部丰富的逻辑资源和强大的IP核,配以相应的外部电路,构建出一个灵活、简洁、可靠的机载视频图形处理系统的嵌入式硬件模块。其总体方案原理框图如图1所示。

1.2 DVI编解码设计

在很多设计中,设计人员为了方便,简化电路,可能不会增加均衡器,对输入信号不进行处理。从而在后期的产品试验过程中,很容易就会出现信号显示质量差,兼容性差的缺陷,导致整个产品重新设计或整改,延缓了产品交货进度。根据用户输入的视频特性,本文采用均衡器 DVI编、解码器的方式,对输入、输出信号进行转换处理。这样处理有如下优点:传输距离较长,信号干扰小;外围电路简单,设计灵活、可靠;系统速度快、灵活性强、功能可扩展,系统兼容性好。

在本系统中,选用TI 公司生产的均衡器DS16EV5110,该器件具有功耗低、体积小、外围电路简单等特点。另外,DVI编解码芯片选用TI公司生产的芯片TFP401和TFP410,同样具有功耗低、体积小、外围电路简单等特点。该器件控制引脚直接连接至FPGA,可以很好控制这些器件的工作状态,以便减小功耗。并且,整个FPGA内部逻辑控制简单、可靠。

在硬件电路设计中,还需要考虑高频特性对信号的影响。整个系统显示的分辨率为1 600×1 200@60 Hz,信号位为真彩色24 b,采用奇偶方式,参考时钟162 MHz,DVI编码时钟为10×162 MHz=1.62 GHz,其编码码元理论宽度仅为t = 1 1.62 Hz=0.62 ns,则码元的最大变化时间应在0.62 4 = 0.16 ns之内。考虑数据传输的可靠性和稳定性,采用双像素传输,可以大大降低信号采样频率。此外,还要考虑到PCB布局地线的完整性和供电去耦特性。其编解码芯片混合信号的供电参考电路如图2所示。

2 SDRAM 视频缓存设计

2.1 SDRAM选择依据

整个系统显示的分辨率为1 600×1 200@60 Hz,信号位为真彩色24 b,则一帧图像所需需要存储的容量C = 1 600×1 200×24=46 080 000 b≈47 Mb;考虑到SDRAM乒乓操作和容量等问题,选用MICRO公司生产的容量为128M的MT48LC4M32B2TG-6器件,速度等级6,时钟频率达到166 MHz.该器件具有32根数据线和12根地址线,还有一些控制线。通过在FPGA内部搭建逻辑控制单元,可以很好的控制SDRAM 视频信号的翻转等操作。

2.2 FPGA内部原理逻辑框图

FPGA内部原理逻辑框图如图3所示。

2.2.1 FPGA内部逻辑功能介绍

(1)信号输入模块

这部分的主要功能是接收外部输入的视频信号,增强输入信号的驱动能力,为信号的后续处理做准备。其用Verilog 语言实现的逻辑代码如下所示:

相关阅读

城市道路景观照明工程的分类

城市道路景观照明 工程可以根据道路性质的不同,一共分为两种一种是公路的景观照明,一种是城市的道路景观照明。公路的景观照明工程 是要在充分工作的研究下在现代交通条件下,...
2022-07-15

城市led亮化工程对生活产生的影响?

伴随着大家的生活质量持续的提升 , 城市led亮化工程 早已不仅是达到对于亮的需求了,用现代科学技术亮化技术和优秀的泛光照明设备,呈现其夜间多种多样的光形象。今天,明亮照...
2022-09-28
城市led亮化工程对生活产生的影响?

景区夜游亮化这样设计才能吸引更多的游客

最近“夜游”这个话题被热议,它赋予了城市和旅游景点不同的夜间风格,越来越受到游客的青睐。“ 景区夜游亮化 ”成为城市和旅游景区发展的机遇和挑战。重庆、厦门、青岛等城...
2022-08-07
景区夜游亮化这样设计才能吸引更多的游客

商业楼体亮化工程感受灯光带来的视觉享受

项目占地140亩,总建筑面积13万平方米,其中茶马古道 商业楼体亮化工程 。该项目建成投入使用后,将成为中国最大的国际茶文化展示中心,世界第一个茶叶期货交易中心。 茶道是天...
2022-09-12
商业楼体亮化工程感受灯光带来的视觉享受

建筑节能的照明方式

近年来,能源危机、环境保护和生活水平的提高,都要求建筑节能,建筑节能已经是全球建筑界经过深思熟虑以后的共同选择。那么,节能建筑到底是什么,它到底有什么好处,让大家...
2022-07-15

热销商品

电工胶带绝缘胶带PVC电胶布防水阻燃超粘耐温黑胶布汽车线束胶带

电工胶带是一款专业的电力电工用材,具备绝缘、PVC材质特性,可有效保障电气线路绝缘性能,防止电流外泄引发漏电风险。其采用防水、阻燃、超粘、耐温等设计,能适应复杂...
¥ 2.4

氟胶O型圈耐高温密封圈线径1-10mm现货可订做大尺寸胶圈非标异形

氟胶O型圈采用高性能氟橡胶(FKM)材料制成,具有卓越的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能,长期使用温度可达200℃以上,短期可耐受250℃高温。线径规格覆盖1–10mm,现货充足,支...
¥ 0.4

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.91

100%桑蚕丝香云纱饰品发圈发夹口罩眼罩发带腰封直播专拍单拍无效

100%桑蚕丝香云纱饰品系列,精选天然桑蚕丝与非遗香云纱工艺匠心打造,质感柔滑亲肤,光泽雅致,尽显东方韵味。包含发圈、发夹、口罩、眼罩、发带、腰封等多款实用配饰,适...
¥ 1

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带是一种用于家居照明的灯具,具有多种款式和功能。这些灯具通常采用LED光源,具有节能、环保的优点,且使...
¥ 4.4

网站栏目