专利名称：基于fpga的无线图像采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种图像采集系统，特别是一种基于FPGA的无线图像采集系统。
背景技术：
随着计算机、网络传输技术和通信技术的迅速发展，无线远距离视频传输已经成为一种趋势，该技术已经逐渐被应用在远程监控、空中航拍、电话会议等领域。目前采用的视频监控系统一般为使用高成像质量的图像传感器摄像头，通过S-VIDEO端子实时传输数据，该系统需要摄像头和采集设备连线，同时监控中心还要有较大的存储空间来存储图像和视频片段，这种系统的实时性高，但能耗大、成本高，因此仅适合于公共场所的安防和监控。而基于FPGA的无线图像采集系统以其低功耗、可重构等特点已成为合适的选择。在无线协议应用已经成熟的情况下，研究的重心在于图像传感器所采用的硬件平台和数据流的处理，目前的主要方案有两种①DSP+FPGA，由FPGA完成数据存储和预处理工作，利用 DSP芯片的高速处理能力对图像进行压缩和相关处理，该方案适合于需要数据并行处理和较多数值运算的JPEG数据流；②FPGA+视频编解码芯片，利用FPGA的并行处理能力同时传送和处理多组图像和视频数据，由于FPGA的硬件可重构性，该方案适合于实验阶段。因此， 上述两种方案均不适合针对网络、数据通信、嵌入式的复杂系统。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的无线图像采集系统，以解决现有技术存在的上述能耗大、成本高、不适合于网络、数据通信、嵌入式复杂系统的不足之处。解决上述技术问题的技术方案是一种基于FPGA的无线图像采集系统，该系统包括图像采集模块和FPGA控制处理模块(FPGA为Field — Programmable Gate Array的缩写，即为现场可编程门阵列)，所述的FPGA控制处理模块包括数据输入输出控制模块和网络数据传输模块，网络数据传输模块又包括以太网接口控制器和JTAG接口(JTAG为Joint Test Action Group的缩写)；所述的数据输入输出控制模块的输入接口通过图像数据总线和同步及控制总线与图像采集模块连接，数据输入输出控制模块的输出接口通过数据总线与网络数据传输模块的以太网接口控制器输入接口连接，还分别通过地址总线和控制总线与片外的存储器SRAM I及存储器SRAM II的输入接口连接(SRAM为Matic RAM的缩写)， 存储器SRAM I和存储器SRAM II的输出接口通过数据总线与数据输入输出控制模块的输入接口连接；所述的以太网接口控制器的输入输出接口通过控制总线与数据输入输出控制模块的输入输出接口连接，还与连接上位机的无线网卡的输入输出接口连接。本实用新型的进一步技术方案是所述的FPGA控制处理模块采用的FPGA器件为 Spartan-3 FPGA 器件。本实用新型的更进一步技术方案是所述的图像采集模块为CMOS图像传感器 (CMOS 为 Complementary Metal Oxide Semiconductor 的缩写)。[0007]由于采用上述结构，本实用新型之基于FPGA的无线图像采集系统与现有技术相比，具有以下有益效果1、功耗小、成本低本实用新型是一种基于FPGA的无线图像采集系统，由于FPGA具有低功耗、可重构性等特点，因此，本实用新型与使用图像传感器摄像头、通过S-VIDEO端子实时传输数据的视频监控系统相比，不需要摄像头和采集设备连线，而且监控中心无需较大的存储空间来存储图像和视频片段，因此，本实用新型的体积和功耗较小，成本较低。2、可完整、准确、稳定、快速地实现图像数据的无线收发功能由于本实用新型是在基于FPGA的输入输出控制模块的控制下将采集到的数据交替存入片外的存储器SRAM I和存储器SRAM II中，因此，本系统可实现图像数据的连续采集，保证了图像数据的完整性；而且本实用新型还在FPGA内部设计了以太网接口控制器， 实现了图像数据通过无线网卡传输的功能。此夕卜，由于本系统中的FPGA器件是Spartan-3系列产品，使得芯片大小比现有的 FPGA器件缩小了 80%，片内的数字化阻抗匹配技术和较小的可编程输出电流(从2毫安到M 毫安)使得系统整体功率仅为几十毫瓦Spartan-3系列FPGA内嵌具有IBM内部总线技术的MicroBlaze 32位嵌入式处理器软核，该软核具有32位宽的指令系统，支持三个操作数和两种寻址方式能够与IBM的OPB总线完全兼容，系统在软核的控制下通过OPB总线与以太网物理层芯片互联。因此，本实用新型在正常条件下，无线通信模块可完整、准确、稳定、快速地实现图像数据的无线收发功能，非常适合于网络、数据通信、嵌入式的复杂系统。下面，结合附图和实施例对本实用新型之基于FPGA的无线图像采集系统的技术特征作进一步的说明。
图1 本实用新型之基于FPGA的无线图像采集系统的系统框图；在上述附图中，各附图标记说明如下1-图像采集模块， 2-FPGA控制处理模块，21-数据输入输出控制模块，22-网络数据传输模块，221-以太网接口控制器，222-JTAG接口，3-无线网卡，4-存储器SRAM I，5_存储器SRAM II。
具体实施方式
实施例一图1中公开的是一种基于FPGA的无线图像采集系统，该系统主要是采集现场图像信号，并将所采集到的图像数据通过以太网实时传输到上位机，同时可以接收上位机的指令数据。该系统包括图像采集模块1和FPGA控制处理模块2，所述的图像采集模块1为 CMOS图像传感器，所述的FPGA控制处理模块2包括数据输入输出控制模块21和网络数据传输模块22，网络数据传输模块22又包括以太网接口控制器221和JTAG接口 222 ；所述的FPGA控制处理模块2采用的FPGA器件为Spartan-3 FPGA器件；所述的数据输入输出控制模块21的输入接口通过图像数据总线和同步及控制总线与图像采集模块1连接，数据
4输入输出控制模块21的输出接口通过数据总线与网络数据传输模块22的以太网接口控制器221输入接口连接，还分别通过地址总线和控制总线与片外的存储器SRAM I 4及存储器 SRAM II 5的输入接口连接，存储器SRAM I 4和存储器SRAM II 5的输出接口通过数据总线与数据输入输出控制模块21的输入接口连接；所述的以太网接口控制器221的输入输出接口通过控制总线与数据输入输出控制模块21的输入输出接口连接，还与连接上位机的无线网卡3的输入输出接口连接。 本系统为满足实时性要求，数据存储采用高速SRAM切换模式，即“乒乓模式”，具体流程如下图像数据流通过FPGA控制处理模块2的数据输入输出控制模块21等时间地将数据流分配到两个存储器SRAM中，在第一个周期，将输入数据缓存到存储器SRAM I 4 中，在第二个周期通过输入数据流选择单元将数据存入存储器SRAM II 5中，同时将存储器 SRAM I 4中缓存的第一个周期的数据通过输出数据选择单元送到后续模块，第三个周期通过输入数据流选择单元将输入数据缓存到存储器SRAM I 4中，同时将上一周期中存储器 SRAM II 5中的数据通过输出数据选择单元输出到后续模块。如此反复，即可实现了数据的无缝缓冲，保证图像数据的完整性。
权利要求1.一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于该系统包括图像采集模块(1)和FPGA控制处理模块(2 )，所述的FPGA控制处理模块(2 )包括数据输入输出控制模块(21)和网络数据传输模块(22)，网络数据传输模块(22)又包括以太网接口控制器(221)和JTAG接口(222)；所述的数据输入输出控制模块(21)的输入接口通过图像数据总线和同步及控制总线与图像采集模块(1)连接，数据输入输出控制模块(21)的输出接口通过数据总线与网络数据传输模块(22)的以太网接口控制器(221)输入接口连接，还分别通过地址总线和控制总线与片外的存储器SRAM I (4)及存储器SRAM II (5)的输入接口连接，存储器SRAM I(4)和存储器SRAM II (5)的输出接口通过数据总线与数据输入输出控制模块(21)的输入接口连接；所述的以太网接口控制器(221)的输入输出接口通过控制总线与数据输入输出控制模块(21)的输入输出接口连接，还与连接上位机的无线网卡(3)的输入输出接口连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于所述的FPGA控制处理模块(2)所采用的FPGA器件为Spartan-3 FPGA器件。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于所述的图像采集模块(1)为CMOS图像传感器。
专利摘要一种基于FPGA的无线图像采集系统，涉及一种图像采集系统，包括图像采集模块和FPGA控制处理模块，FPGA控制处理模块包括数据输入输出控制模块和网络数据传输模块，网络数据传输模块包括以太网接口控制器和JTAG接口；数据输入输出控制模块的输入接口与图像采集模块连接，输出接口分别与以太网接口控制器、存储器SRAMⅠ、存储器SRAMⅡ的输入接口连接，SRAMⅠ、SRAMⅡ的输出接口与数据输入输出控制模块的输入接口连接；以太网接口控制器与数据输入输出控制模块、无线网卡的输入输出接口连接。本实用新型可完整、准确、稳定、快速地实现图像数据的无线收发，适合于嵌入式等复杂系统，还具有体积小、功耗低的优点。
文档编号H04N7/18GK202334758SQ20112047606
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者周坚和, 袁浩浩, 郭红霞 申请人:广西工学院