基于SOPC技术的数字视频接口研制

摘要

SOPC技术具有软硬件协同设计的特点，这使得系统的硬件开发高效快捷，也为将来的硬件升级带来便利，从而缩短了系统开发周期，节省了系统成本，延长了系统的生命周期。利用FPGA基于硬件的快速、并行处理的特点，可使系统数据处理和传输速率大为提高。表现在对视频图像数据缓冲压缩方面，性能稳定，同时兼具体积小、功耗低的优点。
　　 本课题采用SOPC技术和适当的图像压缩算法，实现以FPGA为主要载体，以NiosⅡ软核为主控制器，用以太网方式传输视频数据的数字视频接口。通过对经DVI解码的数字视频信号进行图像压缩、乒乓帧缓冲，再由DMA方式传送至以太网控制器，验证了用双绞线传输视频信号的方案。
　　 基于SOPC技术的数字视频接口，专用于信源为DVI信号的数据传输，主要由前端DVI接收解码模块、数据压缩缓冲模块、NiosⅡ控制系统和以太网控制电路等四部分组成，数据压缩缓冲模块、NiosⅡ控制系统两部分集成内建于一片FPGA芯片里，实现了一个SOC系统。其中NiosⅡ控制系统中集成了NiosⅡ处理器、DMA控制器、以太网控制器端口、可编程I/O、三态桥等组件，而数据缓冲区由内建的两片RAM组成。
　　 系统的关键性能是带宽大小。DVI接收电路的解码速率，数据缓冲速率，数据压缩模块的运行速率和压缩比，DMA传送速率，以太网传送速率，都将影响到系统的带宽，所以，系统设计中注重了各模块间速率的匹配，并选择由NiosⅡ处理器实现总体控制每个模块的协同工作。
　　 系统的技术特色。压缩和传送操作采用乒乓帧方式，使压缩和传送并行执行；压缩后的数据采用NiosⅡ系统中的DMA方式传至以太网控制器，既利用了NiosⅡ系统中成熟的以太网控制器端口组件，又保证了数据的高速送达；另外，整个接口系统的主要部件内植在单片FPGA中，外观尺寸小、改动灵活、升级便捷，可以在系统修改。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 背景和意义

1.1.1 VGA模拟信号接口

1.1.2 DVI及其优势

1.2 DVI显示技术发展现状

1.2.1 特殊DVI光纤电缆

1.2.2 加装信号放大器和中继器

1.3 主要研究内容

2 SOPC技术

2.1 SOPC概述

2.1.1 SOPC技术特点

2.1.2 SOPC技术内容

2.1.3 SOPC技术发展

2.1.4 SOPC开发流程

2.2 Nios Ⅱ软核

2.2.1 Nios Ⅱ体系结构

2.2.2 Nios Ⅱ特性

2.2.3 Avalon规范

3 DVI接口

3.2 接口规范

3.3 TMDS协议

4 数据压缩算法

4.1 概述

4.1.1 冗余

4.1.2 数据压缩

4.2 游程编码(Run Length Coding)

4.2.1 RLE(Run-Length Encoding,游程编码)原理

4.2.2 RLE编码步骤

4.2.3 一维RLE编码和二维RLE编码

4.3 Huffman(霍夫曼)编码

4.3.1 Huffman编码

4.3.2 Huffman编码步骤

4.4 拜尔模式

4.4.1 拜尔模式的原理

4.4.2 存储需求

5 系统整体设计

5.1 系统架构及主控芯片

5.1.1 系统架构

5.2.2 FPGA主控芯片

5.2 TMDS接收

5.2.1 TMDS接收电路

5.2.2 数据压缩模块

5.2.3 Nios Ⅱ控制模块

5.3 以太网发送模块

5.3.1 千兆以太网控制器IP核

5.3.2 网端结构

5.3.3 系统端结构

5.3.4 以太网控制器的初始化

6 结论

6.1 总结

6.2 存在的问题和可改进处

参考文献

致谢

个人简历