基于NiosII的視頻采集與DVI成像

PAL-D制式一行可視像素有720個，因為采用ITU-RBT.656標(biāo)準(zhǔn)，每2個DATACLK時鐘才輸出一個像素，所以，一行可視像素需要1 440個DATACLK時鐘。一行像素輸出完畢后緊接4個行結(jié)束標(biāo)志，然后進(jìn)入行消隱階段，行消隱階段結(jié)束后，4個字符的開始標(biāo)志表明一行的開始，從4個結(jié)束標(biāo)志到4個開始標(biāo)志，共有288個DATACLK時鐘。這288個DATACLK期間的數(shù)據(jù)不用于顯示，用于同步和消隱，所以對于PAL-D制式，采用ITU-RBT.656標(biāo)準(zhǔn)傳輸一行視頻需要1 728個DATACLK時鐘[7]。
EAV和SAV分別表示一行有效視頻的結(jié)束和開始，EAV/SAV序列由FF-00-00-XX表示，其中XX是狀態(tài)字，表1為EAV/SAV序列字段位表。

F場標(biāo)志：F=0是偶場，F(xiàn)=1是奇場；V視頻有無效標(biāo)志：V=0為有效視頻數(shù)據(jù)，V=1為無效視頻數(shù)據(jù)；H有效視頻結(jié)束起始標(biāo)志：H=0是SAV，H=1是EAV。
從624行～22行和311行～335行為無效視頻行，此時V=1；從23行～310行和336行～623行為有效視頻行，此時V=0。從1行～312行為偶場，此時F=0；從313行～625行為奇場，此時F=1。
配置TVP5146使其正確初始化。設(shè)置正常工作模式，視頻選擇輸入口，色度和亮度AGC自動增益，視頻輸入為PAL-D制式625行，解碼輸出格式為10 bit 4：2：2(2倍像素時鐘速率)內(nèi)嵌同步字符，實際10 bit輸出時最低2 bit可丟棄。設(shè)置亮度信號范圍為16～235，色度信號范圍為16～240。配置NiosII軟核，設(shè)置CPU類型為經(jīng)濟(jì)型32 bit，CPU時鐘頻率為100 MHz，復(fù)位向量起始地址為Flash，異常向量起始地址為On-chip-ram，設(shè)置PIO線模擬I2C協(xié)議，用于配置TVP5146，配置Avalon-MM三態(tài)橋用于掛接Flash，配置On-chip-ram為32 KB[8]，添加一個Avalon從設(shè)備。該從設(shè)備為用戶自定義接口，NiosII軟核可以通過該從設(shè)備口實時訪問轉(zhuǎn)換后的RGB像素，進(jìn)行圖像處理。
3 視頻圖像數(shù)據(jù)采集
視頻解碼芯片輸出內(nèi)嵌同步字符8 bit視頻數(shù)據(jù)，參照解碼芯片輸出DATACLK時鐘，F(xiàn)PGA采集視頻解碼數(shù)據(jù)。FPGA采集之前先要進(jìn)行圖像裁剪、交織處理。裁剪處理是為了產(chǎn)生640×480的像素面，交織處理即變隔行視頻數(shù)據(jù)為逐行視頻輸出，即兩場圖像交叉嵌入一個存儲體中，形成一幀。當(dāng)一幀存儲完畢后，切換存儲體，而先前的存儲體內(nèi)容參照系統(tǒng)時鐘，依次像素處理送DVI編碼芯片進(jìn)行顯示。
3.1 視頻信號采集控制
視頻輸出信號為內(nèi)嵌同步字符8 bit Y：Cb：Cr=4：2：2輸出，本設(shè)計中視頻信號采集采用狀態(tài)機(jī)控制法。視頻信號采集控制狀態(tài)機(jī)表示如圖3所示。

Idel：默認(rèn)空閑狀態(tài)。如果視頻采集標(biāo)志capture置位，則進(jìn)入Wait State狀態(tài)；如果capture不置位，則停留在Idel狀態(tài)。
Wait State：此時如果收到數(shù)據(jù)0xff，則進(jìn)入State1，其他情況仍然循環(huán)停留。
State1：如果此時收到數(shù)據(jù)0x00，則進(jìn)入State2；收到其他數(shù)據(jù)則進(jìn)入Error。
State2：如果此時收到數(shù)據(jù)0x00，則進(jìn)入New page狀態(tài)，否則狀態(tài)返回到Wait State。
New page：此時視頻處于消隱狀態(tài)，如果收到的視頻數(shù)據(jù)vpo[6：5]=01，則正在消隱，轉(zhuǎn)入第一行數(shù)據(jù)接收狀態(tài)First Line，否則跳回Wait State狀態(tài)。
First Line：如果收到vpo[6:4]=000，表明下一個數(shù)據(jù)即視頻圖像數(shù)據(jù)，否則返回到Wait State。
Chroma blue：正確有效的數(shù)據(jù)，如果此時接收到vpo=0xff，則表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入End Line，如果收到vpo=0x00，則轉(zhuǎn)入Error狀態(tài)。
Luma blue：亮度藍(lán)色數(shù)據(jù)，接收完轉(zhuǎn)入Chroma red狀態(tài)。
Chroma red：色度紅色數(shù)據(jù)，接收完轉(zhuǎn)入Luma red狀態(tài)。
Luma red：亮度紅色數(shù)據(jù)，接收完轉(zhuǎn)入Chroma blue狀態(tài)。
End Line：如果vpo[6:4]=011，表示奇數(shù)場結(jié)束，偶數(shù)場將要開始，轉(zhuǎn)入New line狀態(tài)；如果vpo[6：4]=111，表示一幀數(shù)據(jù)結(jié)束，轉(zhuǎn)入Idle狀態(tài)；如果vpo[5：4]=01，表示一行結(jié)束，下一行將要開始，轉(zhuǎn)入New line狀態(tài)；否則進(jìn)入Error狀態(tài)。
New Line：如果接收到的vpo[5：4]=00，表示有效數(shù)據(jù)接收，轉(zhuǎn)入Chroma blue狀態(tài)；否則轉(zhuǎn)到End Line狀態(tài)。