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CPLD在视频采集卡中的应用

  20世纪90年代以后,可编程逻辑器件的广泛应用EDA技术的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化。利用EDA工具,采用可编程器件,通过设计芯片来现系统功能的设计方法能够由设计者定义器件的内部逻辑管脚,视频采集卡将原来由电路板设计完成的太部分工作放在芯片的设计中进行。CPLD是可编程逻辑器件(PLD)中的一种,其内部由输入输出单元、逻辑单元、中央布线池等部组成。
  由于CPLD器件逻辑功能模块较大,适合控集型数字系统的设计,并且许多CPLD都具有可在线编功能,这使得基于CPLD数字系统的设计更灵活、系统工作速度更高、功耗更低,因此CPLD成为IC中增长最快的产品。在文章中,视频采集卡采用Ahera公司的CPLD器件中的E.PLD(ErasableProgrammab/etogicDevice)系列产品作为辑控制部分完成对视频采集卡的逻辑控制。

设计思想
1 视频检测系统原理概述
  它主要完成对视频数据的捕捉及压缩处理。由视频解码模块、视频数据缓存模块、初始化模块、逻辑控制模块以及DSP处理模块五部组成。

2 设计中注意的问题
  通过对CPLD的应用,对可编程逻辑器件的设计应注意的问题谈一些体会:
    (1)和其它编程语言一样,可编程逻辑设计中,尽用层次化、模块化设计,这便于调试程序、定位问题。功模块划分,应尽量增强模块内部功能的独立性,减少模块信间的互联。
    (2)时钟问题,在PLD/FPGA设计中最好的时钟方是由专用的全局时钟输入引脚驱动的单个主时钟去钟控设计项目中的每一个触发器。只要可能就应尽量在设计项目中采用全局时钟。
    (3)设计中,尽量采用同步逻辑.这样可以避免在合、时序验证和仿真中出现的一些问题,而且还能提高系统的稳定性。提高芯片运行速度。如果采用异步逻辑设计,应该注意异步逻辑的容限,设计中应该考虑最坏的情况进行处理.绝对不能利用竞争和冒险来进行逻辑设计。系统设计中,除了全局复位以外,其它部分完全由同步时钟控制。
    (4)器件选型问题,在可编程逻辑器件中有很重要地位,它决定了该芯片是否满足设计的需要,是否具有可向后兼容性,本系统采用的可编翟逻辑器件为Aher’的MAX7000S系列中的EPM7128STCl00—6采用了与Ⅱ’M7064s1℃100—5以及EPM7160s的管脚兼容的设计方法,即这几种芯片可以相互代替。器件选型应该注意:系统的设计规模,大致估算控制逻辑中需要的逻辑门数量;设计的类型是属于接口型.还是处理型。接口型的设计我们选用CPLD即可,对于处理型设可能用到大量的存储单元,可以选择现场可编程门阵列FPGA;管脚数目及可供用户使用的管脚效,在视频采集卡设计中考虑管脚的冗余设计,即用户需要的管脚数大概占器件提供给用户管脚数的70%左右,并且在分配管脚时,应当意特殊管脚的配置问题;处理速度.即器件的内部延时等。

3 文章只是用CPLD实现简单的逻辑控制功能,仅仅为使用CPLD进行设计的一种参考,电路经过了仿真验证,但在系统实际调试时要根据具体情况作一定改动。随着EDA(电子设计自动化)技术的发展,VHDL语言视频采集卡在系统可编程技术的应用等,可编程逻辑器件在电子设计应用中将更为广泛,它大大缩短设计周期,降低了设计风险,成为电子系统设计的重要手段。
  TC2000E高清视频采集卡高清接口可以实现同时采集路双路VGA信号、DVI信号、HDMI信号、(也可以把单独采集单路DVI时提高单路刷新率独有功能)
    DVI输入格式:符合DVI 1.0标准,单连接
    VGA输入格式:640×400-1920×1080,像素率低于170MHz即可
    HDMI输入格式:符合HDMI 1.3标准,支持36bit DeepColor,同时可以音视频同步采集
    高清输出图像格式 大小:40×30-1920×1080,帧率: 1-100 fps,色彩:YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420
    标清输出图像格式大小:176×144-768×576,帧率: 1-30 fps,色彩:YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

功能全面
  这款TC2000E高清视频采集卡板卡带有高性能DMA传输功能,高清输入支持自动输入视频格式侦测,自动视频有效区域侦测,自动VGA采集相位调节,支持手工设定有效画面区域功能,可用于画面的剪裁和对特殊输入信号时序的支持,支持多阶画面缩放功能,具有三种针对画面宽高比的缩放模式,支持垂直滤波和运动自适应去隔行功能,高清输入支持支持色彩调节功能,可调节画面的对比度、亮度、色彩饱和度、色相、Gamma;并可单独调节R,G,B三色的亮度、对比度。
  占用CPU率低:耗用CPU时间的缩放和去隔行等图像处理在FPGA内完成,极大的减少了CPU的负担,同时高效率 DMA传输方式进一步解放了CPU的能力,从而让CPU专注与用户指定的工作。

可后续升级
  板卡带有Firmware/Driver升级功能,FPGA的灵活性极大程度的保护了用户的资产价值,我们可以通过后续升级方式不断给用户提供更多的功能和更好的服务

兼容软件
  兼容使用DirectShow接口的各种音视频采集软件和使用DirectSound接口的音频采集软件,如:
    Windows Media Encoder
    Adobe Flash Media Live Encoder
    Real Producer Plus
    VideoLAN for Windows

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