基于DSP和FPGA的嵌入式数码影像采集系统的研究

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本课题的研究内容属于重庆市信息产业局科技攻关项目“数码相机整机及关键技术研究”的一部分,研究的重点是如何基于TMS320C6711DSK和FPGA建立嵌入式实时数码影像采集系统,实现数码影像的采集、简单处理、存储和显示功能。 本文详细论述了嵌入式实时数码影像采集系统的设计思路、硬件选型和具体的开发过程。主要论述了TMS320C6711DSK和FPGA在数码影像采集、数据存储、数据显示模块中的应用以及各个模块的具体结构和功能。 本系统主要由TMS320C6711DSK和扩展板组成。其中扩展板由数码影像采集模块、解码模块、FPGA模块、数据存储模块和液晶显示模块组成,完成前端的数码影像采集、解码、存储以及显示的功能。TMS320C6711DSK负责数据的处理部分。扩展板也可以脱离TMS320C6711DSK单独工作。 本文首先介绍了数码影像前端的采集过程,详细介绍了信号的来源、定义以及如何通过AT89C2051单片机初始化解码芯片SAA7113的内部寄存器,确定解码芯片的工作模式。接下来详细论述了如何在TMS320C6711DSK中进行数据处理,给出了软件的流程图,并介绍了TMS320C6711DSK开发平台和相关的背景知识。接下来详细论述了LCD显示部分的原理和LCD控制器的具体设计过程以及FPGA在本系统中和各个模块接口的具体硬件连接方法和具体功能的实现,并介绍了FPGA开发平台和相关的背景知识。给出了各个部分具体设计的程序模块图。还探讨了在FPGA中运用嵌入式精简指令集处理器软核Nios以及软式DSP核的问题,并讨论了多电压集成电路的电源设计以及PCB电路板设计的流程和具体应用中的经验和总结。最后给出了实验和结论。还就进一步需要解决的问题作了说明。 本系统在将FPGA用于协助DSP进行数据处理方面作了尝试。本文从方案的分析到系统的设计,较详细的分析了系统的总体实现和各个模块细节的功能,部分关键模块仿真结果证明该方案的实现是可行的。 本系统还在单芯片可编程系统(SOPC)方面作了尝试,通过利用一片FPGA里面的剩余空间集成一到多个柔性的软式CPU或一到多个自定制的DSP可作为外部CPU或DSP高速协处理器甚至抛弃外部CPU或DSP,大大降低硬件的成本和风险,提高硬件的灵活性。 本系统具备活动数字图像信号的输入(即采集)、输出(即显示)和处理等功能。通过与其他软、硬件的灵活组合可以实现和活动视频有关的大部分功能如嵌入式视觉测量、嵌入式模式识别、嵌入式图像压缩与传输等。 本系统能够实现实时的数码影像采集,存储以及灰度图像和视频显示功能。除重庆大学硕士学位论文此之外本系统还可以应用于工程中影像法和图像处理中前端采集的实际问题和视频监视等领域。
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