CPLD在視頻采集卡中的應用

20世紀90年代以后，可編程邏輯器件的廣泛應用EDA技術的發展給電子系統的設計帶來了革命性的變化。利用EDA工具，采用可編程器件，通過設計芯片來現系統功能的設計方法能夠由設計者定義器件的內部邏輯管腳，視頻采集卡將原來由電路板設計完成的太部分工作放在芯片的設計中進行。CPLD是可編程邏輯器件(PLD)中的一種，其內部由輸入輸出單元、邏輯單元、中央布線池等部組成。

由于CPLD器件邏輯功能模塊較大，適合控集型數字系統的設計，并且許多CPLD都具有可在線編功能，這使得基于CPLD數字系統的設計更靈活、系統工作速度更高、功耗更低，因此CPLD成為IC中增長最快的產品。在文章中，視頻采集卡采用Ahera公司的CPLD器件中的E.PLD(ErasableProgrammab/etogicDevice)系列產品作為輯控制部分完成對視頻采集卡的邏輯控制。

設計思想

1視頻檢測系統原理概述 它主要完成對視頻數據的捕捉及壓縮處理。由視頻解碼模塊、視頻數據緩存模塊、初始化模塊、邏輯控制模塊以及DSP處理模塊五部組成。

2設計中注意的問題 通過對CPLD的應用，對可編程邏輯器件的設計應注意的問題談一些體會：

(1)和其它編程語言一樣，可編程邏輯設計中，盡用層次化、模塊化設計，這便于調試程序、定位問題。功模塊劃分，應盡量增強模塊內部功能的獨立性，減少模塊信間的互聯。

(2)時鐘問題，在PLD/FPGA設計中最好的時鐘方是由專用的全局時鐘輸入引腳驅動的單個主時鐘去鐘控設計項目中的每一個觸發器。只要可能就應盡量在設計項目中采用全局時鐘。

(3)設計中，盡量采用同步邏輯.這樣可以避免在合、時序驗證和仿真中出現的一些問題，而且還能提高系統的穩定性。提高芯片運行速度。如果采用異步邏輯設計，應該注意異步邏輯的容限，設計中應該考慮最壞的情況進行處理.絕對不能利用競爭和冒險來進行邏輯設計。系統設計中，除了全局復位以外，其它部分完全由同步時鐘控制。

(4)器件選型問題，在可編程邏輯器件中有很重要地位，它決定了該芯片是否滿足設計的需要，是否具有可向后兼容性，本系統采用的可編翟邏輯器件為Aher'的MAX7000S系列中的EPM7128STCl00—6采用了與Ⅱ’M7064s1℃100—5以及EPM7160s的管腳兼容的設計方法，即這幾種芯片可以相互代替。器件選型應該注意：系統的設計規模，大致估算控制邏輯中需要的邏輯門數量;設計的類型是屬于接口型.還是處理型。接口型的設計我們選用CPLD即可，對于處理型設可能用到大量的存儲單元，可以選擇現場可編程門陣列FPGA;管腳數目及可供用戶使用的管腳效，在視頻采集卡設計中考慮管腳的冗余設計，即用戶需要的管腳數大概占器件提供給用戶管腳數的70%左右，并且在分配管腳時，應當意特殊管腳的配置問題;處理速度.即器件的內部延時等。

另外，必須考慮是否具有在線可編程的功能部分～編譯器能根據設計輸

3文章只是用CPLD實現簡單的邏輯控制功能，僅僅為使用CPLD進行設計的一種參考，電路經過了仿真驗證，但在系統實際調試時要根據具體情況作一定改動。隨著EDA(電子設計自動化)技術的發展，VHDL語言視頻采集卡在系統可編程技術的應用等，可編程邏輯器件在電子設計應用中將更為廣泛，它大大縮短設計周期，降低了設計風險，成為電子系統設計的重要手段。

TC2000E高清視頻采集卡高清接口可以實現同時采集路雙路VGA信號、DVI信號、HDMI信號、(也可以把單獨采集單路DVI時提高單路刷新率獨有功能)

DVI輸入格式：符合DVI 1.0標準，單連接

VGA輸入格式：640x400-1920x1080，像素率低于170MHz即可

HDMI輸入格式：符合HDMI 1.3標準，支持36bit DeepColor，同時可以音視頻同步采集

高清輸出圖像格式 大小：40x30-1920x1080，幀率： 1-100 fps，色彩：YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

標清輸出圖像格式大?。?76x144-768x576，幀率： 1-30 fps，色彩：YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

功能全面

這款TC2000E高清視頻采集卡板卡帶有高性能DMA傳輸功能，高清輸入支持自動輸入視頻格式偵測，自動視頻有效區域偵測，自動VGA采集相位調節，支持手工設定有效畫面區域功能，可用于畫面的剪裁和對特殊輸入信號時序的支持，支持多階畫面縮放功能，具有三種針對畫面寬高比的縮放模式，支持垂直濾波和運動自適應去隔行功能，高清輸入支持支持色彩調節功能，可調節畫面的對比度、亮度、色彩飽和度、色相、Gamma;并可單獨調節R，G，B三色的亮度、對比度。

占用CPU率低：耗用CPU時間的縮放和去隔行等圖像處理在FPGA內完成，極大的減少了CPU的負擔，同時高效率 DMA傳輸方式進一步解放了CPU的能力，從而讓CPU專注與用戶指定的工作。

可后續升級

板卡帶有Firmware/Driver升級功能，FPGA的靈活性極大程度的保護了用戶的資產價值，我們可以通過后續升級方式不斷給用戶提供更多的功能和更好的服務

兼容軟件

兼容使用DirectShow接口的各種音視頻采集軟件和使用DirectSound接口的音頻采集軟件，如：

Windows Media Encoder

　　Adobe Flash Media Live Encoder

　　Real Producer Plus

　　VideoLAN for Windows