CPLD在視頻采集卡中的應(yīng)用

20世紀(jì)90年代以后，可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用EDA技術(shù)的發(fā)展給電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的變化。利用EDA工具，采用可編程器件，通過(guò)設(shè)計(jì)芯片來(lái)現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)方法能夠由設(shè)計(jì)者定義器件的內(nèi)部邏輯管腳，視頻采集卡將原來(lái)由電路板設(shè)計(jì)完成的太部分工作放在芯片的設(shè)計(jì)中進(jìn)行。CPLD是可編程邏輯器件(PLD)中的一種，其內(nèi)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(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且許多CPLD都具有可在線編功能，這使得基于CPLD數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更靈活、系統(tǒng)工作速度更高、功耗更低，因此CPLD成為IC中增長(zhǎng)最快的產(chǎn)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(chǎn)品作為輯控制部分完成對(duì)視頻采集卡的邏輯控制。

設(shè)計(jì)思想

1視頻檢測(cè)系統(tǒng)原理概述 它主要完成對(duì)視頻數(shù)據(jù)的捕捉及壓縮處理。由視頻解碼模塊、視頻數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題 通過(guò)對(duì)CPLD的應(yīng)用，對(duì)可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題談一些體會(huì)：

(1)和其它編程語(yǔ)言一樣，可編程邏輯設(shè)計(jì)中，盡用層次化、模塊化設(shè)計(jì)，這便于調(diào)試程序、定位問(wèn)題。功模塊劃分，應(yīng)盡量增強(qiáng)模塊內(nèi)部功能的獨(dú)立性，減少模塊信間的互聯(lián)。

(2)時(shí)鐘問(wèn)題，在PLD/FPGA設(shè)計(jì)中最好的時(shí)鐘方是由專用的全局時(shí)鐘輸入引腳驅(qū)動(dòng)的單個(gè)主時(shí)鐘去鐘控設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的每一個(gè)觸發(fā)器。只要可能就應(yīng)盡量在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中采用全局時(shí)鐘。

(3)設(shè)計(jì)中，盡量采用同步邏輯.這樣可以避免在合、時(shí)序驗(yàn)證和仿真中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，而且還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提高芯片運(yùn)行速度。如果采用異步邏輯設(shè)計(jì)，應(yīng)該注意異步邏輯的容限，設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮最壞的情況進(jìn)行處理.絕對(duì)不能利用競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)來(lái)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了全局復(fù)位以外，其它部分完全由同步時(shí)鐘控制。

(4)器件選型問(wèn)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(shè)計(jì)的需要，是否具有可向后兼容性，本系統(tǒng)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(shè)計(jì)方法，即這幾種芯片可以相互代替。器件選型應(yīng)該注意：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模，大致估算控制邏輯中需要的邏輯門(mén)數(shù)量;設(shè)計(jì)的類型是屬于接口型.還是處理型。接口型的設(shè)計(jì)我們選用CPLD即可，對(duì)于處理型設(shè)可能用到大量的存儲(chǔ)單元，可以選擇現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA;管腳數(shù)目及可供用戶使用的管腳效，在視頻采集卡設(shè)計(jì)中考慮管腳的冗余設(shè)計(jì)，即用戶需要的管腳數(shù)大概占器件提供給用戶管腳數(shù)的70%左右，并且在分配管腳時(shí)，應(yīng)當(dāng)意特殊管腳的配置問(wèn)題;處理速度.即器件的內(nèi)部延時(shí)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(jù)設(shè)計(jì)輸

3文章只是用CPLD實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的邏輯控制功能，僅僅為使用CPLD進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種參考，電路經(jīng)過(guò)了仿真驗(yàn)證，但在系統(tǒng)實(shí)際調(diào)試時(shí)要根據(jù)具體情況作一定改動(dòng)。隨著EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)的發(fā)展，VHDL語(yǔ)言視頻采集卡在系統(tǒng)可編程技術(shù)的應(yīng)用等，可編程邏輯器件在電子設(shè)計(jì)應(yīng)用中將更為廣泛，它大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要手段。

TC2000E高清視頻采集卡高清接口可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集路雙路VGA信號(hào)、DVI信號(hào)、HDMI信號(hào)、(也可以把單獨(dú)采集單路DVI時(shí)提高單路刷新率獨(dú)有功能)

DVI輸入格式：符合DVI 1.0標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，支持36bit DeepColor，同時(shí)可以音視頻同步采集

高清輸出圖像格式 大?。?0x30-1920x1080，幀率： 1-100 fps，色彩：YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

標(biāo)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(dòng)輸入視頻格式偵測(cè)，自動(dòng)視頻有效區(qū)域偵測(cè)，自動(dòng)VGA采集相位調(diào)節(jié)，支持手工設(shè)定有效畫(huà)面區(qū)域功能，可用于畫(huà)面的剪裁和對(duì)特殊輸入信號(hào)時(shí)序的支持，支持多階畫(huà)面縮放功能，具有三種針對(duì)畫(huà)面寬高比的縮放模式，支持垂直濾波和運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)去隔行功能，高清輸入支持支持色彩調(diào)節(jié)功能，可調(diào)節(jié)畫(huà)面的對(duì)比度、亮度、色彩飽和度、色相、Gamma;并可單獨(dú)調(diào)節(jié)R，G，B三色的亮度、對(duì)比度。

占用CPU率低：耗用CPU時(shí)間的縮放和去隔行等圖像處理在FPGA內(nèi)完成，極大的減少了CPU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)高效率 DMA傳輸方式進(jìn)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(xù)升級(jí)

板卡帶有Firmware/Driver升級(jí)功能，F(xiàn)PGA的靈活性極大程度的保護(hù)了用戶的資產(chǎn)價(jià)值，我們可以通過(guò)后續(xù)升級(jí)方式不斷給用戶提供更多的功能和更好的服務(wù)

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