基于FPGA的热像电视信号编码器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的热像电视信号编码器，包括：一片FPGA芯片和一片数模转换芯片及相应外围电路组成。其中FPGA内部IP模块包括：DCFIFO；色彩空间转换模块；FIR低通滤波器；正交调制模块；延迟器；叠加器，两输入端相应连接所述正交调制模块及延迟器，把所述调制信号叠加到同源的亮度信号上；时序控制多路选择模块，输入脚连接所述DCFIFO、叠加器、正交调制模块，进行CVBS信号输出；以及时钟模块，产生系统时钟，并连接至所述DCFIFO、正交调制器和时序控制多路选择模块。本实用新型专利技术实现热像视频可以直接在普通电视监视器中显示黑白图像或增加伪彩色后显示彩色图像。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用FPGA实现的电视信号编码器设备，该设备应用于红外热成像机芯中，它属于数字视频编码成像领域。
技术介绍
红外热成像具有抗干扰性好，作用距离远，透雾能力强可全天时全天候工作，广泛应用目标监控、工业测量、医学和科学研究等方面。红外视频要想在电视监视器中显示，在该应用中需要转换成模拟复合视频信号，也称CVBS(Composite Video Broadcast Signal,复合视频信号)，是目前彩色电视机最常用的视频信号。根据信号格式不同分为PAUPhaseAlternating Line)制式和 NTSC (National Television Standards Committee,(美国)国家电视标准委员会)制式。目前中国使用的是PAL-D标准，在该标准中规定了行场同步、消隐等信号宽度。在有效图像扫描行中，用信号的电平表示图像的亮度信号Y，而将两路色差信号U，V，用正交调制的方法，叠加到亮度上。该信号的数学表达式为Y+U*Cos(wt) 土V*Sin(wt)。红外热 成像读出电路输出为数字视频信号，由数字信号转换成CVBS信号需要一片专用的视频编码芯片，专用编码芯片一般引脚众多及外围电路复杂，因此占用主处理芯片的10引脚多和需要较多的电路面积。另外专用编码芯片的数字输入端多为RGB24位或RGB565格式，而热像数字信号可以达到14位，为了呈现更多的灰度等级一般编码芯片不能满足需求。
技术实现思路
因此，本技术的目的在于提供一种基于FPGA的热像电视信号编码器，用于将热像探测器输出的数字视频信号转换成模拟复合视频信号，从而，实现热像视频可以直接在普通电视监视器中显示黑白图像或增加伪彩色后显示彩色图像。本技术采用的技术方案为—种基于FPGA的热像电视信号编码器,其特征在于，由一片FPGA芯片和D\A芯片组成，其中FPGA实现的IP模块包括伪彩模块，将热像探测器输出的灰度图像数据转换成RGB信号。DCFIF0，用于接收热像探测器的信号或伪彩RGB信号，进行不同时钟域的数据同I K少；色彩空间转换模块，连接所述DCFIF0，被接受到的经过DCFIFO同步的热像探测器的信号转换成亮度信号和两路色差信号；低通滤波器，连接所述色彩空间转换模块，把所述两路色差信号进行低通滤波；正交调制模块，连接所述低通滤波器，对经过滤的所述两路色差信号进行正交调制，生成调制信号；延迟器，连接所述色彩空间转换模块，延迟预定长时间，以使所述亮度信号与同源的所述调制信号同步；叠加器，两输入端相应连接所述正交调整模块及延迟器，把所述调制信号叠加到同源的亮度信号上；时序控制多路选择模块，输入脚连接所述DCFIF0、叠加器、正交调制模块，进行CVBS信号输出；以及时钟模块，产生系统时钟，并连接至所述DCFIF0、正交调制器和时序控制多路选择模块。依据本技术采用基于FPGA(Field — Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的电路实现，FPGA是一种超大规模集成电路，具有在电路可重配置能力和速度快的特点，因而设计灵活，移植性好，容易满足视频信号输出的驱动时序要求。通过DCFIFO(双时钟FIFO)进行所得模拟信号的同步，同步到FPGA芯片上，然后再通过色彩转换模块把同步过来的热像视频信号转换成占用极少带宽的Y、U、V信号(按照视频处理规范，分别对应明亮度、影像色彩、饱和度)，后两者是色差信号，进行正交调制叠加到亮度上，然后把DCFIF0、叠加器、正交调制模块，进行CVBS信号输出通过时序控制多路选择模块进行多路选择输出，也就是CVBS输出，其中多路选择模块连接时钟模块，产生所需要的时钟时序。依据上述结构，所使用的外部接口较少，且基于FPGA的集成电路运行速度更快，电路面积小。采用基于IP核的如色彩空间转换模块，减少研发成本。上述基于FPGA的热像电视信号编码器，在所述DCFIFO前级设有伪彩功能模块。上述基于FPGA的热像电 视信号编码器，所述正交调制模块包括第一乘法器和第二乘法器，以及第一乘法器和第二乘法器输出连接的加法器，其中第一乘法器连接所述色彩空间转换模块以接收的两路色差信号中的影像色彩信号，同时，该第一乘法器的另一个输入端连接一个多路复用器，以复用相位信号、正弦信号和反相位的正弦信号；第二乘法器则连接所述色彩空间转换模块以接收与所述影像色彩信号同源的饱和度信号，同时该第二乘法器还连接余弦信号产生器。附图说明图1为依据本技术的数字部分与模拟部分转换电路。图2为依据本技术的基于FPGA的热像电视信号编码器数字部分的结构框图。图3为时序产生模块结构框图。图4为正余弦信号产生模块结构框图。图5为调制模块结构框图。图6为时序控制多路选择模块接线图。具体实施方式参照说明附图1，依据本技术的一种热像电视编码器包括数字部分和模拟部分。其中模拟部分由10位数模转换器(ADV7123)实现。数字部分采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)来实现，由于数模转换比较常规，一下重点说明数字部分的结构特点，在一个较佳的实施例中其包括一下电路模块1.伪彩功能模块伪彩色变换使用灰度级彩色变换方法，把图像的各个灰度值按照一定的线性函数关系映射成颜色渐变的彩色，然后再将三个颜色分别输出。根据色度学原理，任何一种颜色都可以由RGB三基色按不同的比例来合成。因此图像的伪彩色处理先要设定红、绿、蓝三个基色的函数关系，使对应的每一个函数都有相应的RGB值。这种变换方式对不同的图像和不同的区域因温度的不同而显示不同的色彩，并且能使红外图像层次分明、色彩清晰。本系统主要完成了彩虹编码、热金属编码、冰火编码、以及经典编码等十种编码方式。伪彩功能模块是一种IP核，所谓IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。这里的伪彩功能模块为硬核，直接转移或者植入到FPGA电路中，根据相关IP核的说明选择匹配上述图像实现所需要的电路连接。2. DCFIFO 缓冲模块连接所述伪彩功能模块，该模块保证即时视频流与信号调制不同时钟域的数据同3.色彩空间转换模块为连接所述DCFIFO —种IP核，即图2中所示的RGB to YUV模块。YUV是被欧洲电视系统PAL所采用的一种颜色编码方法，主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。中〃Y〃表示明亮度也就是灰阶值；是个基带信号。而U〃和V〃表示的则是色度作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。U和V不是基带信号，它俩是被正交调制了的。因此需要将RGB转换到YUV，公式如下Y=O. 3R+0. 59G+0. 11Β;U = O. 565 (B - Y)V =0. 713 (R - Y)上面公式系数为小数，用FPGA实现时需要用到浮点运算，浮点运算占用资源较多。因此转换到整数运算公式变换为y=77*r/256+150*g/256+29*b/256u= (b_y) *579/1024V=(r-y)*730/1024将系数进一步拆分77=64+8+4+1; 150=128+16+4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的热像电视信号编码器，其特征在于，由一片FPGA芯片和D/A芯片组成，其中FPGA实现的IP模块包括：DCFIFO，用于接收热像探测器的信号，进行不同时钟域的数据同步；色彩空间转换模块，连接所述DCFIFO，被接受到的经过DCFIFO同步的热像探测器的信号转换成亮度信号和两路色差信号；FIR低通滤波器，连接所述色彩空间转换模块，把所述两路色差信号进行低通滤波；正交调制模块，连接所述低通滤波器，对经过滤的所述两路色差信号进行正交调制，生成调制信号；延迟器，连接所述色彩空间转换模块，延迟预定长时间，以使所述亮度信号与同源的所述调制信号同步；叠加器，两输入端相应连接所述正交调整模块及延迟器，把所述调制信号叠加到同源的亮度信号上；时序控制多路选择模块，输入脚连接所述DCFIFO、叠加器、正交调制模块，进行CVBS信号输出；以及时钟模块，产生系统时钟，并连接至所述DCFIFO、正交调制器和时序控制多路选择模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的热像电视信号编码器，其特征在于，由一片FPGA芯片和D/A芯片组成，其中FPGA实现的IP模块包括 DCFIFO，用于接收热像探测器的信号，进行不同时钟域的数据同步； 色彩空间转换模块，连接所述DCFIFO，被接受到的经过DCFIFO同步的热像探测器的信号转换成亮度信号和两路色差信号； FIR低通滤波器，连接所述色彩空间转换模块，把所述两路色差信号进行低通滤波； 正交调制模块，连接所述低通滤波器，对经过滤的所述两路色差信号进行正交调制，生成调制信号； 延迟器，连接所述色彩空间转换模块，延迟预定长时间，以使所述亮度信号与同源的所述调制信号同步； 叠加器，两输入端相应连接所述正交调整模块及延迟器，把所述调制信号叠加到同源的亮度信号上； 时序控制多路选择模块，输入脚连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，牛慧卓，
申请(专利权)人：山东神戎电子股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：