CPLD在視頻采集卡中的應用

20世紀90年代以后，可編程邏輯器件的廣泛應用EDA技術(shù)的發(fā)展給電子系統的設計帶來(lái)了革命性的變化。利用EDA工具，采用可編程器件，通過(guò)設計芯片來(lái)現系統功能的設計方法能夠由設計者定義器件的內部邏輯管腳，視頻采集卡將原來(lái)由電路板設計完成的太部分工作放在芯片的設計中進(jìn)行。CPLD是可編程邏輯器件(PLD)中的一種，其內部由輸入輸出單元、邏輯單元、中央布線(xiàn)池等部組成。

由于CPLD器件邏輯功能模塊較大，適合控集型數字系統的設計，并且許多CPLD都具有可在線(xiàn)編功能，這使得基于CPLD數字系統的設計更靈活、系統工作速度更高、功耗更低，因此CPLD成為IC中增長(cháng)最快的產(chǎn)品。在文章中，視頻采集卡采用Ahera公司的CPLD器件中的E.PLD(ErasableProgrammab/etogicDevice)系列產(chǎn)品作為輯控制部分完成對視頻采集卡的邏輯控制。

設計思想

1視頻檢測系統原理概述 它主要完成對視頻數據的捕捉及壓縮處理。由視頻解碼模塊、視頻數據緩存模塊、初始化模塊、邏輯控制模塊以及DSP處理模塊五部組成。

2設計中注意的問(wèn)題 通過(guò)對CPLD的應用，對可編程邏輯器件的設計應注意的問(wèn)題談一些體會(huì )：

(1)和其它編程語(yǔ)言一樣，可編程邏輯設計中，盡用層次化、模塊化設計，這便于調試程序、定位問(wèn)題。功模塊劃分，應盡量增強模塊內部功能的獨立性，減少模塊信間的互聯(lián)。

(2)時(shí)鐘問(wèn)題，在PLD/FPGA設計中最好的時(shí)鐘方是由專(zhuān)用的全局時(shí)鐘輸入引腳驅動(dòng)的單個(gè)主時(shí)鐘去鐘控設計項目中的每一個(gè)觸發(fā)器。只要可能就應盡量在設計項目中采用全局時(shí)鐘。

(3)設計中，盡量采用同步邏輯.這樣可以避免在合、時(shí)序驗證和仿真中出現的一些問(wèn)題，而且還能提高系統的穩定性。提高芯片運行速度。如果采用異步邏輯設計，應該注意異步邏輯的容限，設計中應該考慮最壞的情況進(jìn)行處理.絕對不能利用競爭和冒險來(lái)進(jìn)行邏輯設計。系統設計中，除了全局復位以外，其它部分完全由同步時(shí)鐘控制。

(4)器件選型問(wèn)題，在可編程邏輯器件中有很重要地位，它決定了該芯片是否滿(mǎn)足設計的需要，是否具有可向后兼容性，本系統采用的可編翟邏輯器件為Aher'的MAX7000S系列中的EPM7128STCl00—6采用了與Ⅱ’M7064s1℃100—5以及EPM7160s的管腳兼容的設計方法，即這幾種芯片可以相互代替。器件選型應該注意：系統的設計規模，大致估算控制邏輯中需要的邏輯門(mén)數量;設計的類(lèi)型是屬于接口型.還是處理型。接口型的設計我們選用CPLD即可，對于處理型設可能用到大量的存儲單元，可以選擇現場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA;管腳數目及可供用戶(hù)使用的管腳效，在視頻采集卡設計中考慮管腳的冗余設計，即用戶(hù)需要的管腳數大概占器件提供給用戶(hù)管腳數的70%左右，并且在分配管腳時(shí)，應當意特殊管腳的配置問(wèn)題;處理速度.即器件的內部延時(shí)等。

另外，必須考慮是否具有在線(xiàn)可編程的功能部分～編譯器能根據設計輸

3文章只是用CPLD實(shí)現簡(jiǎn)單的邏輯控制功能，僅僅為使用CPLD進(jìn)行設計的一種參考，電路經(jīng)過(guò)了仿真驗證，但在系統實(shí)際調試時(shí)要根據具體情況作一定改動(dòng)。隨著(zhù)EDA(電子設計自動(dòng)化)技術(shù)的發(fā)展，VHDL語(yǔ)言視頻采集卡在系統可編程技術(shù)的應用等，可編程邏輯器件在電子設計應用中將更為廣泛，它大大縮短設計周期，降低了設計風(fēng)險，成為電子系統設計的重要手段。

TC2000E高清視頻采集卡高清接口可以實(shí)現同時(shí)采集路雙路VGA信號、DVI信號、HDMI信號、(也可以把單獨采集單路DVI時(shí)提高單路刷新率獨有功能)

DVI輸入格式：符合DVI 1.0標準，單連接

VGA輸入格式：640x400-1920x1080，像素率低于170MHz即可

HDMI輸入格式：符合HDMI 1.3標準，支持36bit DeepColor，同時(shí)可以音視頻同步采集

高清輸出圖像格式 大?。?0x30-1920x1080，幀率： 1-100 fps，色彩：YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

標清輸出圖像格式大?。?76x144-768x576，幀率： 1-30 fps，色彩：YUY2, UYVY, RGB24, RGB32, I420

功能全面

這款TC2000E高清視頻采集卡板卡帶有高性能DMA傳輸功能，高清輸入支持自動(dòng)輸入視頻格式偵測，自動(dòng)視頻有效區域偵測，自動(dòng)VGA采集相位調節，支持手工設定有效畫(huà)面區域功能，可用于畫(huà)面的剪裁和對特殊輸入信號時(shí)序的支持，支持多階畫(huà)面縮放功能，具有三種針對畫(huà)面寬高比的縮放模式，支持垂直濾波和運動(dòng)自適應去隔行功能，高清輸入支持支持色彩調節功能，可調節畫(huà)面的對比度、亮度、色彩飽和度、色相、Gamma;并可單獨調節R，G，B三色的亮度、對比度。

占用CPU率低：耗用CPU時(shí)間的縮放和去隔行等圖像處理在FPGA內完成，極大的減少了CPU的負擔，同時(shí)高效率 DMA傳輸方式進(jìn)一步解放了CPU的能力，從而讓CPU專(zhuān)注與用戶(hù)指定的工作。

可后續升級

板卡帶有Firmware/Driver升級功能，FPGA的靈活性極大程度的保護了用戶(hù)的資產(chǎn)價(jià)值，我們可以通過(guò)后續升級方式不斷給用戶(hù)提供更多的功能和更好的服務(wù)

兼容軟件

兼容使用DirectShow接口的各種音視頻采集軟件和使用DirectSound接口的音頻采集軟件，如：

Windows Media Encoder

　　Adobe Flash Media Live Encoder

　　Real Producer Plus

　　VideoLAN for Windows