基于FPGA和DSP的红外图像信号发生器设计与实现

文章编号：1002—8692(2008)SI--0068—02基于FPG A和D SP的红外图像信号发生器设计与实现赵杨．高升久(电子科技大学电子信息工程学院，四J l I成都610054)实用设计【摘要】用EP2C35F484一FPG A和TS201一D SP作为硬件架构，设计了一种红外图像信号发生器，用于模拟实际红外探测器的像元输出及时序产生功能，从而可作为红外图像信号处理器调试和开发的信号源。

利用数据压缩及插值、制式转换等方法实现了红外图像信号源的模拟视频及数字视频两路输出。

【关键词】数字信号处理器；红外探测器；红外图像信号发生器【中图分类号】T N919．73【文献标识码】AD es i gn of i nf r ar ed i m a ge s i gnal gener at or bas ed on FPG A a nd D SPZ H A O Y ang，G A O Sheng-J i ut E l ect ronic E ngi neer i ng S c hoo l,U E S T c，Si ch uan c}*n磷u610054,C hi na)【A bst rac t】By us i ng t he E P2C35F484一FPG A a nd T S201D SP as t he ha r d w ar e ar chi t ectur e，t he des i gn ed i nf r ar ed i m a ge si gnal gen e r a tor Can em ul at e t he out put cha r act er of pi xel s a nd t he t i m i ng se qu enc e of t he i nf rar ed det ect or．So．i t c a n be use d a8t he si g-nals our ceof i nf rar ed i m a ge s i gn al pr o cessor under debuggi ng a nd i nvest i gat i on condi t i ons．A l so，t he ana l og a nd digi tal vi deo ou t-put s ar e pr oduc e d by usi ng t he da t a-c om pr e ssand val ue-i ns er t m et h ods．【K ey w or ds】FPG A；D S P；i nf r ar ed detect or；,i nfr ar ed i m a ge si gnal gener at o r1引言2系统总体结构随着红外技术的迅速发展，红外信号处理机在生产控制、环境检测、交通运输、安全保卫和医疗诊断等领域得到广泛运用。

红外信号处理机功能越来越完善，系统复杂程度也随之增加。

因此，在红外信号处理机调试和开发时，对信号源稳定性、多次重复开机使用等多方面提出了要求。

为配合红外信号处理机的开发与测试，研制一种功能完善、具有较高稳定性和准确度的红外图像信号发生源具有重要意义。

传统的红外信号源的产生是通过非接触方式探测红外辐射，经红外探测器的光敏元件将红外辐射由光信号转变为电信号f l】。

传统的红外信号源具有较高的准确性，存在价格昂贵、设备笨重及不便多次重复开机使用等问题，很难满足红外信号处理机的调试和开发使用要求。

本设计以FPG A和D SP为载体，模拟红外探测器的数据输出，很好地解决了这一问题。

本设计以Q uar t us II 7．0及V i sual D S P5．0为平台、A her a公司的EP2C35F484一FPG A和A D I公司的TS201一D SPf n为载体，实现了红外信号发生器的设计。

该系统体积小巧，具有较高的稳定性，能够完全满足红外信号的输出格式要求，方便多次重复开机使用。

该红外信号发生器能够输出相应格式的模拟信号和字信号，为红外信号处理机提供激励。

系统以A her a公司的EP2C35F484一FPG A和A D I公司的TS201一D SP为硬件架构，结构如图1所示。

工作流程如下：1)系统上电后，FP G A完成对视频编码芯片A D V7179的初始化，使A D V7179处于主动工作模式(A D V7179输入行场信号)。

D SP禁止F'PG A输出图像，此时，D SP从Fl ash中读入红外图像数据，将其变换(数据压缩及插值)为可视的数字图像写入S R A M中，给出图像输出命令。

2)当主机需要加载新的图像，红外图像信号由主机通过公共的8位数据总线，以16进制H E X 数据格式下载到SR A M。

SR A M是主机和本红外信号发生器的数据接口。

SR A M中数据送到D SP中进行处理后，再写回SR A M和F l as h。

此时，S R A M的数据是经过变换(数据压缩及插值)后的可视的数字图像，H as h中存储的是数字视频输出通路数据。

给出图像输出命令。

3)FPG A 接收到图像输出命令后，输出两路信号。

一路通过A D V7179将SR A M的数字信号，转化为PA L制式模拟视频，直接接到显示器显示红外图像；一路将Fl a sh中的数据模拟红外探测器的数字视频格式输出。

3系统的具体实现3．1传输的实现主机、D SP及FPG A均对SR A M 进行操作，其优先级8—J —I26数字视频0数字视频存储SR A M0存储F l a s h图像缓冲H面丽副眦A翱郾鬟嚣黼曩刮差分驱动}令蝥乏24M H z27M H z I旦竺圆圈圃圈L_。

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一图1系统的总体结构高低顺序依次为主机、D S P、FPG A。

D S P读写SR A M与Fl as h时，为了避免SR A M与Fl as h的总线冲突，两路视频输出均禁止。

仅当主机或D S P没对SR A M操作的时候，FPG A才能对其进行读操作，并按指标要求时序将数据送入A D V7179；仅当D SP没有对H as h操作的时候，FPG A才能对其进行读操作，并按照指标要求的时序(红外输出格式)将数据送入D S90L V047A。

系统采用D SPF LA G l及D SPF LA G3作为主机、FP-G A和D SP之间交换SR A M和Fl ash总线读写控制权的标志。

当D SP将D SPFL A G l置l时，允许FPG A读写SR A M和Fl as h；当D SP将D S PFL A G l置0时，禁止FP—G A读写SR A M和H as h。

当FPG A将D SPnA G3置1时，允许D SP读写SR A M和Fl as h；当FP G A将D SPFL A G3置0时，禁止D SP读写SR A M和H as h，此时SR A M和H as h 可能处于主机操作状态或FPG A视频输出状态。

由于系统始终工作在4个状态(初始状态、D SP处理数据状态(数据位压缩及灰度拉伸)、主机读写数据状态、输出显示状态)，FPG A采用状态机实现状态之间的切换(如图2所示)。

并在状态机内完成对D SP FL A G3和输出状态H ag_out的操作。

无主机操作主机操作图2状态机实现数据传输由于SRA M，Fl a sh与D SP数据线均为双向，没有输入信号时，应将输入置为3态。

3．2红外数据位压缩及插值原理本设计通过D SP将输入红外图像数据转化为可视图像数据格式。

主机输入的红外图像16bi t(0～FFF F)代表一个。

P，．a，r—t—s—，。

&applieati ons————————像素点，图像大小为320x256。

而A D V7179要求输入数据8bi t代表一个像素点(0一FF)。

在主动工作模式下(M ode0PA L M as t er M ode)，A D V7179显示范围为800×312(奇场)和800x313(偶场)。

因此，将红外图像用于PA L制式模拟视频显示，需要进行两点处理：一是将16bit 每像素点压缩为8bi t每像素点；二是将图像的大小由320x256变为800×312(或800x313)。

经大量红外图像验证，直方图统计后的像元低端p血与像元高端p。

之间的像素只位于0一FFFF中很小一段，并且p一~p袖远小于FF。

于是，可以把p血到p一这段拉伸到O—FF，从而得到了可以用于PA L制式模拟视频显示的8bi t像素点。

公式如下(其中戈为输入的16bi t像素，戈’为变换后的8bi t像素)在二塾吐×255(1) p。

．p曲输入红外图像大小为320x256，为满足模拟视频显示需要，通过最近邻域插值转换为640x256大小。

将变换后的数据写入SR A M。

对A D V7179输入行场信号计数，当行计数器位于38—293，每行像素点计数器位于112—751时，将SR A M中图像数据以27M H z像素时钟送入A D V7179。

其余时间送消隐数据50H到A D V7179。

此外，主机输入的数据是倒置的(第一和第二个8bit 代表最末像素点)，因此，需先将主机输入的数据倒置后，再作以上处理。

3．3红外制式转换原理本设计采用FPG A模拟红外制式输出格式实现数字通路输出。

对于Fl as h中的数据，需要FPG A按照红外数字图像格式输出到差分驱动D S90LV047A。

其中要求V C LK为24M H z像素时钟，由全局时钟F PG A_24M直接送出。

V SY N为50M H z的红外场信号，本系统由FP G A对全局时钟FP G A_24M H z进行计数产生，以保证和V C LK同相。

V D为输出的红外数据，每24M H z时钟送4bi t，每4次送1个红外像元(16bi t)。

由于Fl as h是8bi t一个存储单元，因此每个存储单元的数据要分2次送出。

B SY N为位钟，由对输出数据计数产生，当送完一个像素时，输出一个位钟。

可通过位钟判断送数据流程是否正常。

4实验结果本设计采用单板实现，体积小巧。

用芯片输出模拟实际红外输出格式，大大降低了成本。

系统功能完善，能实现两路输出：数字接口输出的16bi t数字视频，用于红外信号处理机调试；模拟通路输出与之对应的标准PA L制式视频，直接接入显示器显示。

为保证系统能在恶劣条件(下转第93页)4性能测试由于目前在极少数卫星上有D V B—S2测试信号，因此较难用此类信号对平台进行测试。

另外，系统使用的一体化调谐解调器可对D V B-S及D V B-S2两种标准的信号进行接收，唯一区别在于接收模式的选择(模式选择寄存器的配置)。