基于PC104-plus的机载视频数据采集系统设计

摘要

机载视频数据采集系统能够快速、清晰、大比例尺的完成视频数据的采集，其在国家的各领域中应用非常广泛，比如在勘察领域，使用机载视频数据采集系统能够快速的完成面积广阔的国土资源普查;在减灾领域，使用机载视频数据采集系统可以及时的了解灾害对受灾地区所造成的破坏程度;在军事领域，使用机载视频数据采集系统可以精确的侦测敌人的军事目标。正是由于机载视频数据采集系统具有广泛的社会应用价值，因此设计一款能适用于机载的视频数据采集系统具有十分重要的现实意义。
　　本文依据视频采集系统的原理开展了视频的解码，数字视频的提取，视频数据的存储与传输的研究。首先为使系统能正常完成视频的解码设计了基于VHDL的I2C总线接口来完成解码芯片的控制，其次按照解码后的视频数据格式给出了一种能够对有效视频数据进行提取的方法，解决了一般的视频采集卡未对有效视频数据提取而造成的冗余视频数据较多的问题，最后设计了合理的数据传输结构使系统能够高速稳定的进行视频数据的传输，解决了视频传输过程中数据容易被覆盖而造成的视频数据丢失的问题。
　　本文采用FPGA作为视频采集系统的处理核心，首先通过FPGA模拟I2C总线完成视频解码芯片的相关配置，完成配置后的视频解码模块开始工作，将前端输入的模拟视频转为ITU-R.656格式的数字视频，FPGA内部的视频数据处理模块会将这些数字视频进行处理，提取出有效的视频数据帧，由于视频数字化后数据量很大，因此我们设计了存储电路来作为有效视频数据的缓存，这些有效的视频数据帧先被送到存储器中进行暂存，然后通过总线传输到采集系统的主机平台。视频采集系统选用PC104-plus作为视频采集系统的主机平台，因为PC104-plus被广泛的用作机载设备的嵌入式开发平台，该计算机平台与传统的PC完全兼容，可支持各种操作系统，在其上开发的各种功能板卡体积大小和尺寸都固定，因此该平台特别适合用作机载设备的主机平台。由于PC104-plus使用的是PCI总线，因此我们必须完成本地总线和PCI总线的转换，本文选用PCI9054设计完成了本地总线和PCI总线的转换接口。
　　本文首先设计了机载视频数据采集系统的设计方案，给出了系统的总体框图，根据系统的总体框图完成了视频数据采集系统的解码模块，主控模块，存储模块和总线转换模块的硬件设计。然后根据各个模块的特点完成了视频解码模块的软件控制逻辑设计，完成了有效视频数据提取的软件设计以及总线接口转换的软件控制设计。
　　完成了视频数据采集系统的硬件和软件设计后，通过我们对设计完成的系统进行的相关测试和结果分析表明，基于PC104-plus的视频数据采集系统能够满足机载视频数据采集的相关指标，能非常稳定且高质量的完成视频数据的采集，测试结果表明本文设计的基于PC104-plus的视频数据采集系统适合用作机载视频数据采集系统。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内视频采集研究现状

1．2．2 国外视频采集研究现状

1．3 研究内容及论文结构

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 全文结构概述

第2章 机载视频采集系统的方案设计

2．1 系统总体方案设计

2．2 系统主要器件概述

2．2．1 视频解码芯片

2．2．2 视频数据存储芯片

2．2．3 视频采集系统主控器

2．2．4 PCI总线接口芯片

2．3 本章小结

第3章 机载视频采集系统的硬件设计

3．1 系统电源设计

3．2 视频解码电路设计

3．3 FPGA系统设计

3．4 SDRAM存储电路设计

3．5 本章总结

第4章 机载视频采集系统PCI总线的设计

4．1 PCI接口设计

4．2 PCI9054的工作模式

4．3 PCI总线数据传输

4．4 PCI总线仲裁

4．5 PCI内部空间

4．5．1 PCI配置空间

4．5．2 PCI存储空间

4．6 PCI总线中断

第5章 基于VHDL的视频采集系统的软核设计

5．1 视频解码芯片驱动

5．1．1 I2C总线控制模块设计

5．1．2 视频解码芯片寄存器配置

5．2 视频数据帧提取

5．2．1 数字视频的格式

5．2．2 视频数据帧提取的实现

5．3 SDRAM的驱动和数据存取

5．4 PCI9054本地端控制逻辑

5．5 本章总结

第6章 系统测试及结果分析

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果