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视频图像处理芯片实现方案介绍

2012-09-11 10:03

  随着计算机技术、微电子技术的高速发展,实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着非常广泛的应用。FPGA 芯片在集成度、容量和速度方面都达到了较高的水平,是实时图像处理的理想选择,基于FPGA 的图像处理芯片的研究已成为信息产业的新热点。USB2.0 接口是一个传输速率可以达到480Mb/s的串行接口,并由不同类型的外围设备共享这个接口总路线,基于USB2.0 的视频图像处理芯片是按照USB协议进行设计的。USB2.0 接口的面世,推动了高清数码摄像头的普及应用,加上同期宽带的飞速发展,电脑摄像头的本地和远程视频效果都有了大幅度提升。本文介绍了一种基于USB2.0 的视频图像处理芯片的实现方案,并在搭建的仿真和验证平台上,对系统进行了功能仿真和FPGA 验证,结果证实本设计达到了设计要求。
  基于USB2.0 视频图像处理芯片在硬件上由8 个模块组成:微处理器模块(MCU)、MCU 总线接口模块(MCU Bus Interface)、USB2.0 收发器模块(USB2.0PHY)、USB2.0 串行接口引擎模块(USB2.0 SerialInterface Engine,简称USB2.0 SIE)、数据缓冲模块(Data Buffer)、DMA 传输控制器模块(DMA)、图像处理单元 (PU) 、图像预处理单元(PPU)。
  其中,MCU模块、USB2.0 PHY模块和USB2.0 SIE模块使用已有的IP 核,而其它模块均采用硬件描述语言自行设计
  MCU 模块负责协调控制整个系统的运作;MCUBus Interface 模块负责各模块的部分地址译码及相关数据的选通,以便于MCU 统一管理。USB2.0 PHY 模块负责USB 物理层的链接,并将USB2.0 的总线信号变成标准的UTMI 接口信号;USB2.0 SIE 模块负责处理USB 协议层的操作,完成USB 协议包生成和解析,以及接收来自DMA 的图像数据,并将其保存在数据缓冲模块,完成与MCU 进行的互动;DataBuffer 负责将处理后的图像数据缓存起来,以备USB 同步帧传输时取出后发送至PC;DMA 模块完成将PU 处理后的图像数据传送给USB2.0 SIE;PPU 模块完成获取来自Sensor传感器输出的图像数据,并且对数据进行各种图像方面的处理,然后将处理后的图像数据发送至PU.
  PC 与一块USB2.0 PHY板通过USB2.0 总线连接,USB2.0 PHY 板与FPGA 开发板由标准UTMI 接口连接。Sensor 板主要是采用美光的MT9V112 sensor 板,I2C 接口主要是用于MCU 对Sensor 的控制,Data 总线包括数据总线和数据控制总线。而硬件MCU 模块、MCU Bus Interface 模块、USB2.0 SIE 模块、DMA 模块、PPU 模块和PU 模块均已综合生成FPGA 下载程序下载到FPGA 中。
  本文设计了一种基于USB2.0 的视频图像处理芯片,通过功能仿真和FPGA 验证,表明达到了设计要求,完成了设计任务。随着FPGA 技术不断发展,使用FPGA 处理图像信息已成为图像处理领域中的一个发展趋势,特别是在对图像处理速度有较高要求的实时图像处理系统中,FPGA 将更能体现其在速度与灵活性方面的优势。