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        基于LVDS的高速圖像數據存儲器的設計與實現

        作者: 時間:2014-07-03 來源:網絡 收藏

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/256909.htm

        采集數據的有效傳輸和存儲轉發技術的發展保證了數字圖像在現實中廣泛應用。如今,從多媒體通信領域的遠程教育、圖像監視到醫學上的遠程會診,都和數據的有效傳輸及存儲轉發技術息息相關。在國防工業領域,圖像數據的采集存儲和連續有效轉發也起著巨大的作用,航空遙感圖像和衛星遙感圖像的處理加工,電視制導中數據視頻圖像的傳輸,都離不開圖像傳輸存儲技術。本文設計的基于的高速大容量固態數據存儲器,采用了基于的數據傳輸方式傳輸兩路高速圖像數據,實現圖像數據的高速實時存儲。不僅具有處理速度快、設計靈活性高等特點,還具有可配置性和可重構性的特點。

        1系統總體設計

        本文介紹的圖像存儲器在飛行任務中負責完成兩路獨立視頻信號的采集存儲任務。視頻圖像存儲的總體結構框圖如圖1所示,當光耦接收到起飛和誘餌兩個控制點火信號后,就控制視頻信號1、視頻信號2經2路獨立的接口傳輸,并分別解碼后緩存到2個外部FIFO中,最后寫入到2個各自的存儲模塊當中。在系統工作時,讀書裝置可以實時監測記錄器關鍵狀態參數;系統存儲工作完成后,讀數裝置通過接口以20 Mbyte/s的速度遠程高速讀取圖像記錄器的數據,將數據回傳至上位機進行存盤判讀。


        圖1存儲器功能框圖

        本設計存儲器負責接收的2路圖像尺寸均為640 X480 byte,在飛行器內部傳感器下發起飛和誘餌兩個關鍵信號的控制下,圖像數據存儲器分別對這2路視頻圖像信號進行采集,采樣位數:8 byte/像素,輸入數據碼率:30.72 Mbyte/s,幀率:100 f/s(幀/秒),然后將解碼后的數據分別存儲到2個中,最后準確地完成數據的轉發任務,使圖像數據順利進入下一模塊。存儲器視頻信號處理硬件電路框圖如圖2所示。


        圖2存儲器視頻信號處理硬件電路框圖

        2硬件電路設計

        2.1 LVDS長線傳輸電路設計

        本設計系統中攝像頭發出的視頻圖像信號屬于高速變化的信號,容易受到噪聲影響。低壓差分(Low Volt-age Differential Signaling,LVDS)數據傳輸技術是一種新型的、具有很低的差分電壓擺動幅度的信號傳輸方式。LVDS傳輸過程中以差分的方式傳送數據,從而具有很低的串擾和噪聲以及只消耗很少的功率。此外它通過一對并行PCB走線或平衡電纜傳輸數據,可以達到100 Mbit/s甚至高于1 Gbit/s的高速率數據傳輸。解決了高速數據的有效傳輸,同時也將有助于降低系統設計復雜度,提高系統可靠性。基于LVDS技術的傳輸特點及應用優勢,本設計中圖像輸入接口采用LVDS進行圖像數據接收。設計中為滿足信號實時高準確性的傳輸,在LVDS發送端采用串化器和驅動器相結合的方式增強信號;在LVDS接收端采用均衡器和解串器相結合的方式,來補償信號長線傳輸過程中的損耗。這樣高速圖像信號可以穩定地傳輸上百米。如圖3為LVDS接口端硬件電路設計圖。


        圖3 LVDS接口端硬件電路設計圖(點擊查看大圖)

        2.2 FIFO的電路設計

        本設計中進入FIFO前經解碼得到的圖像數據傳輸速率為30.72 Mbit/s,因此在FIFO的選型中,必須選擇一款讀寫速度快而且容量大的外部FIFO來緩存圖像數據。經過計算并對比分析后,本設計選用了CYPRESS公司生產的64 kbit x 18 bit的CY7CA285V:

        1)CY7C4285V擁有66.7 MHz的最大工作頻率,10 ns的最小讀寫周期,完全可以穩定、可靠地接收碼率為30.72 Mbit/s的圖像數據,也滿足25 ns讀寫周期的要求。


        圖4單路圖像數據接收接口時序定義圖

        2)從FIFO接收圖像數據的時序圖中(如圖4)可以看出,一個水平同步時間內,寫入FIFO的圖像數據有640 byte,而讀出FIFO的數據量為33 Mbyte/s x 18.75μs=618.75 byte.這樣每一個水平同步時間內FIFO中就會剩余640 byte-618.75 byte=21.25 byte的圖像數據。當垂直同步信號拉低時,FIFO中剩余的圖像數據量達到最大,本設計控制FIFO半滿即讀,那么FIFO的容量至少應為:2 x 21.25 x480=20400 byte.顯然容量為64 kbyte的CY7C4285V可以滿足設計要求。

        存儲器相關文章:存儲器原理



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        關鍵詞: LVDS FPGA Flash

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