《图像处理电路设计基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图像处理电路设计基础.ppt（64页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第8章 图像处理电路设计基础,8.1 视频AD设计8.2 视频DA设计8.3 FPGA设计8.4 DSP设计8.5 LCD接口设计8.6 VGA接口设计8.7 存储器接口设计8.8 FLASH接口设计,8.1 视频AD设计,CVBS信号采集VGA信号采集分量信号采集红外视频信号采集,模拟视频信号格式,1 CVBS信号 Composite Video Broadcast Signal或 Composite Video Blanking and SyncCVBS是一种被广泛使用的标准，也叫基带视频或RCA视频，主要有NTSC、PAL制和SECAM制。美国、加拿大等用NTSC制，欧洲、中国等用PAL
2、制。它以模拟波形来传输数据，复合视频包括色差和亮度信息，并将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。,模拟视频信号格式,PAL制模拟视频逐行扫描与隔行扫描PAL制为25帧/秒、奇偶场合为一帧，每帧图像为625行，每场为312.5行。每行周期64微秒，即行频为15625Hz。标准的数字化视频为720*576像素/帧。NTSC制为29.97帧/秒，每帧525行，标准的数字化视频为720*480像素/帧。行同步与场同步行消隐与场消隐开槽脉冲与均衡脉冲,模拟视频信号格式,模拟视频信号采集,1 CVBS信号采集（1）用普通AD采集只能采集亮度信号（形成灰度图像），不能采集彩色信号。优点是可以达到更高的采样
3、精度。,同步分离EL4583,锁相倍频EL4584,采样控制CPLD或FPGA,缓存FIFO或DPRAM,HS,CLK,VS,FS,CVBS,ADC,模拟视频信号采集,（2）专用视频AD采集主要有AD公司的ADV718x、Philips公司的SAA71xx、TI公司的TVP51xx等。专用视频AD内部集成了同频分离、亮度与色度信号分离、AGC控制、梳状滤波器等。一般都同时兼容PAL、NTSC、SECAM三种制式。,模拟视频信号采集,2 VGA信号采集（1）普通AD采集,锁相倍频EL4584,采样控制CPLD或FPGA,缓存FIFO或DPRAM,HS,CLK,VS,ADC1,ADC2,ADC3,
4、R,G,B,模拟视频信号采集,（2）专用AD采集如TI公司的TVP7002。内部集成了三路AD、锁相倍频、放大器、RGB转YUV等，可直接采集普通的CVBS信号，还能直接采集高清格式的720p、1080p以及VGA等模拟信号。,模拟视频信号采集,3 S-Video与分量视频信号的采集可采用普通AD采样，同CVBS信号的采集，只是需要两路或三路AD。也可采用专用AD采集，如TVP7002、ADV7441A等。,模拟视频信号采集,4 红外视频信号采集,采样控制CPLD或FPGA,缓存FIFO或DPRAM,ADC,红外探测器,CLK,INT,DataValid,DAC,Gpol,8.2 视频DA,主
5、要有两类视频DA：自带时序产生器，可以是CVBS信号，也可以是VGA信号，具体时序由I2C总线配置寄存器实现。因此，必须有I2C接口。可以由FPGA实现I2C接口，也可以由带I2C接口的DSP控制。不带时序产生器，控制时序由外部产生，如FPGA或CPLD。因此，必须外接FPGA。,自带时序产生器的视频DA,不带时序产生器的视频DA,8.3 FPGA设计,FPGA电路设计的关键部分：配置电路：设计出错则完全无法调试；时钟电路：输入时钟均需接到FPGA专用时钟管脚，对于不需要倍频且频率较低的时钟，可接到FPGA普通IO脚；经FPGA的PLL产生的时钟，如果要输出到其他器件的时钟管脚，则需由PLL的
6、输出时钟管脚输出。参考电压管脚及IO电压：当某个BANK接特殊电平标准时，需要注意IO电压是否接到正确的电压上，如果是像DDR、DDR2、DDR3等SSTL电平标准，则需要注意参考电压管脚是否连接正确。高速IO管脚：当电路中有高速IO接口时，如RapidIO、千兆以太网、RocketIO、PCIe等，需要注意高速IO脚及其供电电路的连接。,8.3 FPGA设计,FPGA普通IO脚连接由于FPGA是可重构的，普通IO脚功能都差不多，可以随便连接。一般在FPGA的IO脚分配时，以便于PCB布线为原则。但是有以下几点需要注意：接DDR存储器与接LVDS差分信号的管脚一般分布在不同BANK，而且DDR
7、类器件的DQ管脚、DQS管脚、DM管脚、地址与控制管脚一般要接在FPGA的特殊管脚上，在设计DDR类器件接口时要特别注意，管脚不可随意分配。同一组数据总线最好接在同一个BANK，不要跨BANK连接。不同IO接口电压的器件不可跨BANK连接。有些管脚是复用管脚，有些管脚只能做为输入或输出，一定要注意。,8.4 DSP设计,CPU、DSP、ARM、PowerPC、单片机的比较PC机的CPU用于桌面计算机，对功耗没有限制，主频高、性能强，但是实时性较差，主要与操作系统有关。DSP、ARM、PowerPC、单片机均用于嵌入式系统，主要有以下区别：DSP内部集成硬件乘加器，有多个执行单元，专用于各种数字
8、信号处理；ARM功耗低、接口丰富、应用广泛，可安装较多的操作系统，如手机的各种操作系统，一般用于智能设备；PowerPC的运算性能与功耗介于ARM和DSP之间，有些PowerPC的性能和功耗甚至超过DSP，也可安装不同的操作系统，如Linux、VxWORKS等；单片机功能最弱，但是价格便宜，一般用于各种简单的控制系统中。,DSP系统与PC机对比：,PC机组成 DSP系统组成主板 电路板 CPU DSP内存 各种RAM硬盘 FLASH显示器 LED、LCD或监视器鼠标键盘等 各种按键,DSP与CPU对比：,选择时应考虑的因素:DSP CPU主频=3G缓存大小=8M=12M型号 CXXX、TSXX
9、X等 奔腾、酷睿等生产厂商 TI、AD Intel、AMD,TI公司DSP选型,1.TMS320C2000系列：主要用于工业控制，其中C24x速度为2040MHz，C28x速度为100150MHz；2.TMS320C5000系列：低功耗系列。在音频处理和通信方面用得较多。其中C55x功耗最低，速度可达300MHz；而OMAP系列为双核CPU，包括一个C55的核和一个ARM9的核；3.TMS320C6000系列：高性能系列，目前最高的是C6678，内部含有8个C66的核，主频可达1.25G；其次是C64系列，最低的是C62系列；C67为浮点DSP。达芬奇系列：专用于视频处理，片上带有专门的图像/
10、视频处理模块，如图像采集、图像缩放、图像压缩、图像显示、画中画、直方图处理等。,从应用上来分,C6000系列DSP主要外设,EMIF（注意各种存储器的区别）HPI、PCI、XBUSMCBSP、MCASP、UARTTIMERDMA、EDMAVPEMAC、MDIOI2CGPIOVCXO、VCP、TCP、UTOPIA,DSP最小系统,时钟源及PLL外围电路复位电路译码电路存储器JTAG电源初始化上下拉电阻,需要进行初始化上下拉的管脚,1.BOOT模式2.Endian模式3.时钟模式4.EMIF时钟选择（对C6x1x而言）5.部分JTAG管脚和保留管脚6.复用管脚的功能选择7.NMI、ARDY、HOL
11、D、HCS、XHOLD、XRDY、XCS等不同的DSP，初始化管脚不一样，请参见各自的DataSheet,DSP总线设计,数据总线和地址总线最好接上33欧姆左右的电阻排，一方面起到阻抗匹配的作用，一方面便于调试时测量信号，还有就是当设计有错误时方便飞线。当总线上挂接的器件较多时，最好用驱动芯片(244或245)将同步器件和异步器件隔离开。如下：,总线,同步器件1,同步器件2,同步器件n,驱动,异步器件1,异步器件2,异步器件n,多DSP互连,如果单片DSP不满足速度要求，就需要多片。多片DSP可以并行处理也可以串行处理。如果DSP之间需要传输的数据量不大，可以直接用McBSP、HPI、UTOP
12、IA等接口进行通信，如果数据量较大，则需要使用双口RAM或FIFO。TI公司新推出的C6455含有一组RapidIO，另外该DSP还可以直接接DDR2 SDRAM。RapidIO可以用于两片DSP之间进行高速通信。而AD公司的DSP含有4个或6个Link口，比较适合多片扩展。,1.串行处理2.并行处理,多DSP互连,DSP1,DSP2,DSPn,输出,输入,DSP1,DSP2,DSPn,控制,输出,输入,与PC机的接口,1.USB2.PCI3.串口（注意同步串口与异步串口的区别）4.并口5.网口6.与PC机接口时，需要三方软件：固件程序、驱动程序、应用程序。,8.5 LCD接口,视频显示器件C
13、RTLCDPDPOLEDDLP,数字显示器件,CRT最早的显示器刷新率高、可视角度大、响应快某些区域可能出现聚焦不良或散焦，存在色彩漂移，体积大，重量大,数字显示器件,LCD第二代显示器体积小、重量轻反应速度慢、容易有残影或拖尾、容易有坏点、容易有偏色,数字显示器件,PDP（等离子显示器）与CRT相比：体积小、重量轻、屏幕亮度均匀、不受磁场影响、不存在聚焦问题与LCD相比：亮度高、色彩好、灰度丰富、响应速度快、视角大容易与大规模集成电路集成，工艺方便，结构简单缺点：功耗大，需要多组风扇来散热,数字显示器件,OLED（有机发光显示器）目前比较流行的显示器发光原理与LED相似分为PMOLED和AM
14、OLED优点：薄膜化全固态器件，无真空腔，无液态成分亮度高、视角宽（左右视角超过160度）响应快，响应速度为微秒级，是LCD的1000多倍易于实现全彩色低功耗、工艺简单、成本低可以-4085度范围内工作,数字显示器件,DLP（数字光处理）用于投影采用TI公司开发的数字微反射器镜器件（Digital Micromirror Device，DMD）完成数字信息的显示,视频显示系统,CRT显示器一般采用VGA接口，需要将数字信号变为模拟信号再显示。R、G、B三个模拟信号，VS和HS为数字信号。有两种不同的DA可以接VGA显示器：一种是可以不用FPGA，由DSP通过I2C接口给DA的寄存器配置行周期、
15、帧周期等，DA自己产生行同步和帧同步。另一种没有I2C接口，直接由FPGA产生行同步和帧同步。,视频显示系统,LCD与OLED显示两者接口基本相同有三种接口形式：（1）与CRT相同接口（VGA），需要驱动板；（2）数字接口（带行同步、帧同步、RGB数据）；（3）数字接口（与CPU接口）。,8.6 VGA接口设计,VGA接口由以下信号组成HS：行同步，数字信号；VS：帧同步，数字信号；DGND：数字地；R：红色分量，模拟信号；G：绿色分量，模拟信号；B：蓝色分量，模拟信号；AGND：模拟地；地址码、测试信号：一般用于测试，常规情况下不用。,2 VGA信号,VGA信号,FPGA,图像缓存,输入视频
16、,ADV7123,VGA显示器,R7:0,G7:0,B7:0,CSYNC,CBLANK,R,G,B,HS,VS,8.7 存储器接口设计,存储器类型：RAM：SRAMSSRAMSDRAM（SDR、DDR、DDR2、DDR3）DPRAMROM：ROMPROMEPROMEEPROMFLASH（NOR FLASH、NAND FLASH）,8.7 存储器接口设计,DSP与存储器接口一般DSP自带存储器接口（EMIF），可接多种同步或异步存储器。如C6000系列DSP，可直接与SRAM、SSRAM、FLASH、SDRAM接口，有的还可以与DDR2或DDR3 SDRAM直接接口。对于NAND FLASH，T
17、I公司新推出的DSP基本都带专用的接口，而旧的DSP则需由IO口及EMIF口配合实现对NAND FLASH的控制。,8.7 存储器接口设计,FPGA与存储器接口新的FPGA可与任何存储器接口，但是复杂的存储器需要专用IP的支持，如SDRAM（无论是SDR还是DDR）、NAND FLASH等。而SRAM、SSRAM接口则比较简单。在硬件连接时需考虑接口电平标准，而连接DDR类的存储器时，还要考虑管脚的分配问题。,8.8 FLASH接口设计,NOR FLASH接口主要信号：数据总线地址总线CEOEWE一般分为擦除、编程（写）和读取。而擦除又分为块擦除和芯片擦除。在没有进行编程时，所以存储空间的内容
18、都为0 xFF。编程即对不同空间写入想要的数据。写入数据后必须擦除才能再写入别的数据。写入和擦除都要写入几个周期的命令，不同的芯片命令不一定相同。读取比较容易，将OE和CE信号置低，地址线输出想要的地址，数据线上就会返回相应的数据。,8.8 FLASH接口设计,NAND FLASH接口NAND FLASH接口信号CE：片选RE：读信号WE：写信号ALE：地址锁存CLE：命令锁存IO：地址、数据、命令复用信号R/B：Ready/Busy指示信号不管是读取、编程还是擦除，均需要写入命令。一般的操作均由命令周期、地址周期、数据周期组成。,8.8 FLASH接口设计,NAND FLASH与NOR FLASH的区别NAND FLASH没有单独的地址线，地址、数据、命令均通过8位或16位IO线完成；因此，无论多大容量的NAND FLASH均可由统一的48管脚封装实现。NAND FLASH容量大，最大可达单片16GB以上；而NOR FLASH容量较小，最大约128MB。NAND FLASH不可避免地存在一些坏块，NOR FLASH则没有坏块。NAND FLASH控制较复杂，NOR FLASH则比较简单。,NAND FLASH结构图,
