基于SOPC的视频编解码IP核的设计

2011-05-27 21:48:14来源: 与非网

  引言

  SOPC是Altera公司提出的片上可编程系统解决方案,它将CPU、存储器、I/O接口、DSP模块以及锁相环的系统设计所必需的模块集成到一块FPGA上,构成一个可编程的片上系统,使设计的电路在其规模、可靠性、体积、功耗、功能、上市周期、开发周期、产品维护以及硬件升级等多方面实现最优化[1]。

  目前在Altera SOPC">SOPC Builder下集成了包括UART、SPI、Ethernet、SDRAM、Flash、DMA 等控制器的IP核。此外,用户也可以根据系统的需要自己设计或者购买第三方厂商的IP核,通过Avalon总线像搭积木一样方便地将其捆绑在系统上。IP 核是经过功能验证的知识产权核,使用IP 核有以下优势:(1)提高设计性能;(2)降低产品开发成本;(3)缩短设计周期;(4)设计灵活性强;(5)仿真方便;(6) OpenCore Plus 支持无风险应用。

  当然本论文所说的IP 核功能没有那么丰富,实际上就是一个功能验证正确的用户逻辑,和商业应用的IP 核还有一定的差距。本文的主要工作就是通过硬件描述语言描述了视频信号的采集,分配,存储以及色度空间的转换等逻辑,并且验证了功能的正确性。

  1.视频编解码Camera_show原理

  嵌入式摄像控制系统除了必要的电源电路以外,还要包括存储电路、通信电路和下载电路等,所有的设备均与Avalon总线连接,这里主要介绍用户逻辑接口Camera_show,它完成了模拟视频数据转化成数字视频数据并在VGA上显示的功能,主要包括模拟视频信号的采集、分配(串并转换电路完成)、存储(存储控制逻辑和片上RAM完成)和色度空间转换。具体的功能框图如图1所示。

户逻辑Camera

 图1 用户逻辑Camera_show的原理框图

  2.视频编解码IP 核Camera_Show设计

  视频编解码IP 核主要完成的功能包含视频信号的采集、分配、存储以及色度空间的转换。模拟视频信号经过ADV7181B 后变成了符合ITU-R656 的YUV 数字信号,但是要对YUV 信号进行处理必须将这三路信号分开并行处理,所以需要采集分配这三路信号,这是2.1 的IP核需要实现的功能;由于模拟视频信号是隔行扫描的,但是CRT显示器是逐行扫描,如果不加处理那么必然会导致行错开,所以需要将数据进行存储,通过控制实现隔行变逐行,这是2.2 的IP 核需要实现的功能;最后经过处理的YUV 三路数字信号,需要完成色度空间的转换变成RGB 信号,这是2.3 的IP 核需要实现的功能。

  2.1 YUV 信号的采集、分配[2]

  在嵌入式摄像控制系统中,ADV7181主要承担着模拟摄像头的视频数据进行解码的任务,将CVBS的等模拟信号转化成ITU-R656标准的YUV信号。图2给出了ADV7181的功能框图。

ADV7181功能框图

图2 ADV7181功能框图

  由图可以看到,对于输入的CVBS 等模拟信号经过ADV7181B芯片转换后输出YUV 信号,行同步信号HS, 帧同步信号VS。这些就是需要的数字视频信号,也就解决了数字视频源的问题。图2 给出了YUV 信号的组成排列方式,“FF,00,00”作为AV 信号的开始,所以需要构造一个检测电路。注意到SAV 和EAV 均是FF , 00 , 00 开头但是XY 的值不一样。根据芯片资料,XY[4]表示的是V ,即有用信号与空白信号的分界点,如果V=0则表示的是SAV,否则是EAV 。XY[6]是场信号的区分标志。0 是奇场,1 是偶场。

[1] [2] [3] [4] [5] [6]

关键字:IP核  SOPC  视频编解码

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0527/article_2157.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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