基于FPGA的LVDS视频转换板的设计与实现

摘要

目前高速视频传输技术正广泛应用于高清视频会议、移动通信终端、军用显示器等领域，在一些特定场合如：运动状态的捕捉、物体跟踪，图像处理达不到低延迟高速率的要求。针对图像传输过程中不同接口的适配问题及图像处理实时性的需求，本文通过软硬件协同调试、算法分析设计的方式，搭建了一个通用视频转换系统平台。系统首先通过解码模块将VGA模拟信号变为数字信号，然后进行滤波处理、灰度化变换、边缘提取等算法实现，最后经过 LVDS 接口输出，从而实现了把分辨率为1920*1080、60Hz的VGA视频信号转变为LVDS差分视频信号的功能。平台基于FPGA并行处理架构，相比CPU、GPU框架，具有高性能、低延时、低功耗等优点。文章创造性的成果包含：采用Verilog HDL重构实现算法、采用DDR2 SDRAM实现缓存、结合光学文字识别技术实现算法应用。研究的重点包括： 1、评估需求，设计了 LVDS 接口实时转换系统的方案，完成了基于 Altera Cyclone IV+STM32+ 外围器件的选型工作，并研究了相关器件的技术手册。 2、参考技术文档，设计了DXP原理图及完成PCB版图的布线，搭建了系统硬件平台。平台采用分离式设计，接口转换和算法处理相互独立工作的模式。 3、完成关键模块的逻辑程序设计，包括视频时序控制逻辑、串口通信程序、DDR2 外部缓存逻辑等。时序控制程序遵循 VESA 标准，串口通信设计包含上位机端和嵌入式端，DDR2 采用IP核的方式并完成了读写功能测试。 4、实现了图像算法实时预处理。在FPGA平台上用Verilog HDL重构实现均值滤波、中值滤波、边缘提取三个算法，完成仿真测试。 5、调试各个模块：电源系统、接口转换、算法实现。从性能上对比了 FPGA和MatLab实现的图像处理算法，延时控制在20ms以内，结合光学文字识别技术实现算法应用。 结果表明，本文实现的系统能够满足设计指标，完成接口转换和图像处理并实时稳定地显示。

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学术型硕士论文封面

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（最终）论文主体20180529