高速串行总线（USB）视频图象采集和处理系统研究、设计与实现

摘要

高速串行总线(USB)作为一种崭新的微机总线接口规范,其特点使其非常适合作为视频图象采集和处理系统的通信接口.该文利用USB传输架构为依托,详细探讨了USB总线视频图象采集和处理系统的设计过程.包括系统硬件设计,固件(firmware)设计,驱动程序设计以及视频图象处理系统结构的设计.该系统主要利用USB总线数据传输速率高、热插拔的特点,较好地实现了视频图象处理系统在进行高质量图象处理时对数据输入的要求.该论文在进行系统设计时,以大量的软件模拟作基础,充分利用了FPGA技术,努力做到系统中硬件的设计更加合理和完善,同时使得在调试的过程中对控制电路的修改非常方便.

目录

文摘

英文文摘

创新性声明及关于论文使用授权的说明

绪论

第一章总体方案设计

1.1系统总线选择

1.1用FPGA替代DSP实现视频图象处理

第二章视频图象采集系统的相关技术

2.1 USB总线体系结构

2.1.1 USB总线信号环境

2.1.2 USB数据流类型

2.1.3 USB设备的逻辑结构

2.2 I2C总线系统

2.2.1 I2C总线的基本结构

2.2.2双向传输的接口特性

2.2.3 I2C总线上的时钟信号

2.2.4数据传送

2.3 Windows WDM设备驱动程序

2.3.1 Windows 2000驱动

2.3.2 WDM驱动程序基本结构

第三章USB接口的视频图象采集系统的设计及实现

3.1视频图象采集系统的硬件开发

3.1.1视频图象的采集

3.1.2 USB接口总线控制器

3.1.3图象存储电路设计

3.1.4 I2C总线控制电路

3.1.5系统控制电路设计

3.2视频图象采集系统的软件开发

3.2.1系统固件代码设计

3.2.2快速传输方式的实现

3.2.3主机应用程序的设计

第四章USB接口驱动程序设计

4.1 WDM驱动程序模型

4.2 US8视频图象采集系统驱动程序的分析

4.2.1初始化创建设备(Init.cpp模块)

4.2.2分发例程(Dispatch.cpp模块)

4.2.3即插即用的实现(Pnp.cpp模块)

4.2.4电源管理的实现(Power.cpp模块)

4.3视频图象采集系统中USB驱动程序接口设计

4.3.1 USBDI的IOCTL

4.3.2 USB设备的配置和接口选择

4.4安装驱动程序

4.4.1 WDM驱动程序的安装过程

4.4.2 INF文件

第五章视频图象处理系统结构研究

5.1基于FPGA的视频图象处理模块设计

5.1.1 Sobel算子边缘检测

5.1.2体系结构设计

5.1.3 Sobe算子的具体实现

5.1.4实验结果分析与小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2技术展望

6.2.1视频图象处理硬件的发展

6.2.2 USB总线发展前景

致谢

参考文献

在读期间发表的论文

附录

附录A USB接口电路的原理图

附录B USB接口电路的PCB图

附录C图象采集电路的原理图

附录D图象采集电路的PCB图

附录E视频图象采集和处理系统实图