随着计算机、网络和多媒体技术的飞速发展以及人民生活水平的不断提高,基于互联网的多媒体产业发展十分迅速。其代表产品有视频监控、网络可视电话等。这些产品具有一个共同的技术基础：视频信号的采集、处理、显示及网络传输。本文针对这一技术基础进行研究与设计,紧扣市场消费热点,具有极强的技术外延性；同时结合对视频系统发展趋势的分析和对解决方案的比较,选用FPGA与SOPC平台对数字视频系统进行研究与设计,使系统具备便携、高性能、低成本、易升级的特点。 本文在分析数字视频系统的通用功能并介绍整体方案规划后,着重介绍了各部分的设计。本文的设计主要可以分为两大部分,课题针对两部分的特点,分别选用了不同的设计方法。 第一部分为本地采集显示部分。本部分基于FPGA平台,采用硬件描述语言进行设计,充分发挥FPGA并行处理、高性能的优势。本部分的主要工作有： 1,视频信号采集方案、处理方案、缓冲存储方案、显示方案的设计与实现。具体工作包括摄像头芯片的选择和驱动实现、视频处理IP核的复用,视频采集模块、存储访问模块、SRAM控制器和VGA控制器的设计与实现等。实现了图像从摄像头输入到VGA动态流畅显示的良好效果。 2,在设计中,充分考虑了模块的独立性和可重用性。如在SRAM控制器中采用封装用户接口并支持多用户访问的设计,使系统模块之间更加独立,访问模块内部更加简洁,也有利于控制器的复用。 3,设计还运用了多种FPGA设计技巧。如采用异步FIFO解决前后级时钟不一致的问题、运用状态机进行数据存储格式的转换、Burst机制保证显示正常、在存储缓冲过程中运用乒乓操作等。 第二部分为网络传输部分。本部分基于SOPC平台设计,采用Nios Ⅱ嵌入式软核、MicroC/OS Ⅱ操作系统,充分发挥IP复用和嵌入式操作系统的优势。本部分的主要工作有： 1,重点分析和研究了网络传输速度,介绍了多种优化方法并通过实验进行了验证,得到了良好的实验效果。 2,针对单处理器无法避免应用程序与网络协议栈竞争CPU资源的情况,探讨了Nios Ⅱ双核系统设计方法,以满足视频系统更高的实时性能要求。 同时,本文两部分的设计还可以方便的连接,构成CPU+FPGA的构架,发挥两者的优势。
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