基于FPGA的实时视频处理实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于FPGA的实时视频处理实验装置，FPGA芯片通过JTAG接口连接USB转换器与PC机连接来完成基于FPGA的实时视频处理的设计，摄像头插座插接CMOS数字摄像头与FPGA相连，FPGA芯片通过视频DA芯片与VGA接口插座相连，FPGA实验板采用两个SDRAM分别完成视频处理前的帧缓存功能和视频处理后的帧缓存功能。本装置将传统和创新有机结合，能够满足灵活、多样的实时视频处理的实验需求，由于采集端和显示端都采用独立的帧缓存，大大减小实时视频处理模块与系统整体的耦合性，学生无需对前端采集模块和终端显示模块做任何改变，就可对实时视频的帧数据进行各种处理，从而完成利用FPGA对实时视频进行处理的各种实验，为学生创新能力和思维的培养及训练提供合适环境。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于数字逻辑及EDA
，涉及一种基于FPGA的实时视频处理实验装置，是一种能够让学生自主设计、探索和创新的开放式实验装置。
技术介绍
教学实验设备与教学内容密切相关，数字逻辑是计算机及电子信息相关专业的基础课程，具有很强的实践性，要求学生在掌握理论知识的基础上，具备较强的实际操作和动手能力。数字逻辑层是构成计算机等数字系统的基础，处于最底层，数字逻辑电路的设计方法和实现手段跟逻辑器件的发展关系密切。随着集成电路技术和工艺的快速发展，数字逻辑电路的实现由中小规模集成电路互连逐渐发展为以超大规模集成电路(如FPGA/CPLD等)为器件的方式，各高校在数字逻辑的教学方面也相应地将以中小规模集成电路设计为主的传统设计和分析方法的教学，改变为以传统方法为主，同时辅之以先进的电子设计自动化EDA技术，加强基于FPGA(现成可编程门阵列)及HDL(硬件描述语言)的数字逻辑电路设计和实现方法的教学。数字图像处理技术应用十分广泛，是计算机及电子信息相关专业的重要基础课程，同样具有很强的实践性，要求学生在掌握理论知识的基础上，具备较强的实际操作和动手能力。 FPGA性能优越，资源丰富，采用并行处理方式，在实时视频处理应用中具有很大的优势，利用FPGA来对数字图像进行硬件处理已经成为一个新的发展趋势。但是由于教学条件的限制，有关EDA的教学和实验往往不能得以贯彻，而传统的数字逻辑实验设备大多以中小规模集成电路的应用为主，有关实时视频处理应用的实验在传统实验设备上不能得到很好的体现，限制了学生的实验方法和手段，不利于学生对新技术的学习和创新能力的发挥。 近年来，越来越多的高校在数字逻辑的教学方面引入EDA的思想，利用FPGA和HDL进行数字逻辑电路的设计和验证，在实验设备方面也引入了基于FPGA的实验平台，但是这些平台只是单纯的采用EDA技术进行逻辑设计，不能完成实时视频处理应用的相关实验，少有采购到一些视频处理的实验装置也往往是结构复杂，对使用者要求较高，价格昂贵，很难在高校普及开来，不利于高校培养实时视频处理领域的实用型人才。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：针对目前各高校采用的数字逻辑及EDA实验设备体重大、数量少，功能单一、实验手段单一，不利于学生创新能力培养等不足，提供一种基于FPGA的实时视频处理实验装置，不仅支持教师课堂进行实验教学演示，而且支持学生灵活选择实验场地、实验内容及实验手段，同时满足移动性、创新性实验要求，开拓学生的创造思维，锻炼学生的实际动手能力。 本技术所采用的技术方案是： 基于FPGA的实时视频处理实验装置，由FPGA实验板、CMOS数字摄像头、VGA显示器及扩展小板构成，FPGA实验板包括JTAG接口及FLASH芯片、VGA接口插座、摄像头插座、时钟芯片、FPGA芯片、两个同步动态随机存储器SDRAM以及两个扩展插座、LED模块、按键模块、电源及开关模块；其特征在于：CMOS数字摄像头与摄像头插座相连，摄像头插座通过PCB导线将数字视频信号送到FPGA芯片，且CMOS数字摄像头的电源与FPGA实验板电源形成回路；VGA显示器与VGA接口插座相连，VGA接口插座内的视频DA芯片通过PCB导线与FPGA芯片相连，FPGA芯片通过VGA接口插座连接VGA显示器，实现视频显示；FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过JTAG接口下载设计代码，FPGA芯片通过两个SDRAM分别完成视频信号处理前和视频信号处理后的帧缓存，FPGA芯片通过两个扩展插座将多余的信号引出；扩展小板通过两个扩展插座与FPGA实验板相连，并与FPGA实验板电源形成回路。 所述的扩展小板为UART接口小板、PS/2接口小板、SD卡接口小板中一种或二种以上组合而成。 本技术采用两个帧缓存，分别缓存视频信号处理前和视频信号处理后的帧；两个帧缓存由两个SDRAM模块独立完成，互不干涉。 本技术的特点具有体积小、重量轻，方便携带，既方便教师随课堂进行实验演示教学，也方便学生灵活选择实验地点，不受实验时间和空间的制约，更加适合学生的创新实践；实验结构简洁、成本较低，满足学生人手一套的要求，有利于学生灵活自由地完成实验项目。 FPGA实验板上的扩展插座连接扩展小板或外围电路即可采用EDA技术实现基于FPGA的逻辑电路的设计和实现。这种方法只需连接少量外围插线，在PC机上运行EDA软件，采用HDL或者原理图进行电路的设计输入，通过综合、仿真、下载验证等过程实现逻辑电路的设计。学生通过修改程序进行电路的修改，通过修改配置文件进行FPGA的重新配置，在一片FPGA上可以实现多种逻辑电路的功能，极大地发挥了学生的自主设计和创新思维。 该实验装置不仅为学生提供了数字逻辑课程学习的实验环境，也为学生提供了利用数字逻辑技术对实时视频处理的实验环境。 本技术不仅满足基本的课程实验及创新实验要求，更重要的是它可以作为学生进一步完成数字图像处理、数字系统设计课程设计及毕业设计的实验平台。 本技术具有通用性，满足传统EDA逻辑设计实验要求和实时视频处理实验要求，将传统数逻设计和视频处理领域有机结合，满足基本实验及创新实验的不同要求。 附图说明 图1是本技术整体结构框图。 具体实施方式 结合附图对本技术作进一步的描述。 如图1所示，本技术基于FPGA的实时视频处理实验装置，基于FPGA的实时视频处理实验装置，由FPGA实验板、CMOS数字摄像头、VGA显示器及扩展小板构成，其特征在于：FPGA实验板包括JTAG接口及FLASH芯片、VGA接口插座、摄像头插座、时钟芯片、FPGA芯片、两个同步动态随机存储器SDRAM以及两个扩展插座、LED模块、按键模块、电源及开关模块；其特征在于：CMOS数字摄像头与摄像头插座相连，摄像头插座通过PCB导线将数字视频信号送到FPGA芯片，且CMOS数字摄像头的电源与FPGA实验板电源形成回路；VGA显示器与VGA接口插座相连，VGA接口插座内的视频DA芯片通过PCB导线与FPGA芯片相连，FPGA芯片通过VGA接口插座连接V本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于FPGA的实时视频处理实验装置，由FPGA实验板、CMOS数字摄像头、VGA显示器及扩展小板构成，FPGA实验板包括JTAG接口及FLASH芯片、VGA接口插座、摄像头插座、时钟芯片、FPGA芯片、两个同步动态随机存储器SDRAM以及两个扩展插座、LED模块、按键模块、电源及开关模块；其特征在于：CMOS数字摄像头与摄像头插座相连，摄像头插座通过PCB导线将数字视频信号送到FPGA芯片，且CMOS数字摄像头的电源与FPGA实验板电源形成回路；VGA显示器与VGA接口插座相连，VGA接口插座内的视频DA芯片通过PCB导线与FPGA芯片相连；FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过JTAG接口下载设计代码，FPGA芯片通过两个SDRAM分别完成视频信号处理前和视频信号处理后的帧缓存，FPGA芯片通过两个扩展插座将多余的信号引出；扩展小板通过两个扩展插座与FPGA实验板相连，并与FPGA实验板电源形成回路。

【技术特征摘要】
1.基于FPGA的实时视频处理实验装置，由FPGA实验板、CMOS数字
摄像头、VGA显示器及扩展小板构成，FPGA实验板包括JTAG接口及FLASH
芯片、VGA接口插座、摄像头插座、时钟芯片、FPGA芯片、两个同步动态
随机存储器SDRAM以及两个扩展插座、LED模块、按键模块、电源及开关
模块；其特征在于：CMOS数字摄像头与摄像头插座相连，摄像头插座通过
PCB导线将数字视频信号送到FPGA芯片，且CMOS数字摄像头的电源与FPGA
实验板电源形成回路；VGA显示器与VGA接口插座相连，VGA接口插座内的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪红，张欢，田莎莎，刘科，王文涛，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42