紅外視頻采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

紅外視頻采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0數(shù)字視頻接口的應(yīng)用隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，紅外檢測(cè)技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，仍有許多視頻顯示系統(tǒng)需要使用到PAL/NTSC制式AV/S-Video接口的終端顯示設(shè)備，帶有視頻圖形陣列(videographicsarray,VGA)模擬視頻接口的計(jì)算機(jī)顯示器也會(huì)被廣泛使用。同時(shí)，隨著近幾年電子技術(shù)的高速發(fā)展，特別是高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的普及，對(duì)圖像采集的清晰度、幀率有了更高的要求，支持更高視頻規(guī)格的高清多媒體接口(highdefinitionmultimediainterface,HDMI)接口已被廣泛運(yùn)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及數(shù)碼顯示設(shè)備等。HDMI是數(shù)字高清多媒體接口，直接數(shù)字信號(hào)的傳輸可以減少多次數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的損失，同時(shí)可以使傳輸距離更遠(yuǎn)、信號(hào)帶寬更大、抗干擾能力更好。本文設(shè)計(jì)了一種帶有AV/S-Video,VGA,HDMI視頻接口的紅外成像顯示系統(tǒng)。1視頻存儲(chǔ)緩沖器運(yùn)行控制如圖1所示，紅外探測(cè)器將模擬視頻信號(hào)通過(guò)4路讀出電路輸出，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路后進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)送入FPGA中，使用SRAM乒乓緩存算法來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻的緩存并連同F(xiàn)PGA構(gòu)建的對(duì)應(yīng)的時(shí)序信號(hào)一起傳輸?shù)饺N接口的視頻驅(qū)動(dòng)模塊中。VGA顯示模塊:數(shù)字視頻信號(hào)輸入到VGA顯示芯片ADV7123中，ADV7123芯片完成對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，將模擬視頻數(shù)據(jù)和FPGA產(chǎn)生的行同步信號(hào)Hsync、幀同步信號(hào)Vsync通過(guò)VGA接口傳送給顯示器顯示2硬件電路設(shè)計(jì)2.1模擬視頻放大電路由紅外探測(cè)器讀出電路輸出的4路模擬視頻信號(hào)首先通過(guò)跟隨電路完成第一級(jí)放大，該級(jí)放大不改變模擬視頻信號(hào)的電壓幅值，只增加了其驅(qū)動(dòng)能力。經(jīng)過(guò)第一級(jí)放大的信號(hào)進(jìn)入第二級(jí)差分放大，完成對(duì)單端信號(hào)轉(zhuǎn)差分信號(hào)的調(diào)整，減小了共模噪聲的干擾，同時(shí)調(diào)整信號(hào)的幅值范圍以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)輸入信號(hào)幅值的要求。2.2模型數(shù)交換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過(guò)4路模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號(hào)輸入給FPGA中。2.3f緩沖區(qū)和傳輸模塊紅外探測(cè)器輸出的為所探測(cè)的圖像灰度值的模擬信號(hào)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后轉(zhuǎn)換為范圍為0～22.4電梯接口驅(qū)動(dòng)程序模塊采用AnalogDevices公司的ADV7123芯片2.5pal/ntsc模式采用AnalogDevices公司的AD725芯片將VGA模擬視頻信號(hào)(RGB制式)轉(zhuǎn)換為PAL/NTSC制式并通過(guò)AV或S-Video接口傳輸?shù)斤@示終端設(shè)備上顯示。VGA接口主要包括2個(gè)同步信號(hào)和3個(gè)視頻信號(hào)，即水平同步(行同步)信號(hào)HSync，垂直同步(幀同步)信號(hào)VSync，以及R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三色視頻信號(hào)。HSync和VSync邏輯電平輸入到AD725內(nèi)部共同產(chǎn)生綜合同步，R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三色視頻信號(hào)對(duì)應(yīng)輸入到AD725芯片上的RIN、GIN、BIN輸入管腳中以轉(zhuǎn)換視頻制式并輸出。AD725支持PAL制式和NTSC制式視頻，PAL即逐行倒相正交平衡調(diào)幅制，是我國(guó)電視采用的標(biāo)準(zhǔn)，NTSC是全國(guó)電視系統(tǒng)委員會(huì)制式，是美國(guó)電視采用的標(biāo)準(zhǔn)。PAL/NTSC模式選擇由管腳STND決定，對(duì)應(yīng)的輸入時(shí)鐘管腳為4FSC。當(dāng)輸入STND為高電平時(shí)，芯片工作在NTSC模式，對(duì)應(yīng)的輸入時(shí)鐘頻率應(yīng)為14.318180MHz;當(dāng)STND為低電平時(shí)，芯片工作在PAL模式，對(duì)應(yīng)的輸入時(shí)鐘頻率應(yīng)為17.734475MHz。視頻輸出提供兩種接口方法:AV接口，對(duì)應(yīng)信號(hào)為管腳10(CMPS)的綜合視頻(compositevideo)輸出;S-Video接口，采用亮度和色度組成圖像控制，管腳11(LUMA)是亮度輸出，管腳9(CRMA)是色度輸出。2.6adv6513概述采用AnalogDevices公司的ADV7513芯片驅(qū)動(dòng)終端設(shè)備顯示。ADV7513支持HDMIV1.4協(xié)議，最大采樣頻率165MHz。FPGA將數(shù)字視頻信號(hào)(RGB888制式)輸入到ADV7513芯片D0—D23管腳中，同時(shí)提供行同步信號(hào)Hsync以及幀同步信號(hào)Vsync。HDMI可以同時(shí)傳輸視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，由于本設(shè)計(jì)只包含視頻信號(hào)，音頻相關(guān)輸入管腳(SPDIF、I2.7幀同步信號(hào)vsyncVGA、AV/S-Video和HDMI協(xié)議的時(shí)序構(gòu)建要求類似，即行同步信號(hào)Hsync以及幀同步信號(hào)Vsync的生成方法大同小異，現(xiàn)僅以HDMI下720×480P分辨率的圖像為例。按HDMI工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如圖2所示，每場(chǎng)信號(hào)對(duì)應(yīng)525個(gè)行周期，其中45個(gè)行周期為場(chǎng)消隱周期，幀同步信號(hào)Vsync則需要每525個(gè)行周期觸發(fā)一次。每行信號(hào)對(duì)應(yīng)總共858個(gè)像素周期，其中138個(gè)像素周期為行消隱周期，720個(gè)像素周期為有效視頻像素傳輸周期，行同步信號(hào)Hsync則需每858個(gè)像素周期觸發(fā)一次。在視頻數(shù)據(jù)周期(videodataperiod)，有效的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸;在數(shù)據(jù)島周期(dataislandperiod)，音頻和auxiliary數(shù)據(jù)以包的形式進(jìn)行傳輸也會(huì)有行同步信號(hào)Hsync與幀同步信號(hào)Vsync;在控制周期(controlperiod)，控制信號(hào)CTLx和行同步信號(hào)Hsync，幀同步信號(hào)Vsync進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)島周期和控制周期都是在消隱區(qū)進(jìn)行。3紅外成像系統(tǒng)顯示模塊的設(shè)計(jì)紅外成像系統(tǒng)可廣泛