动态视频图像捕获的应用研究
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摘要
图像是信息的主要载体,据统计,在人类接受的信息中70%为图像信息。所以,作为传递信息的重要媒介,图像信息是非常重要的。图像处理对学科对国计民生有重要意义。随着科学技术的飞速发展,图像处理的应用随着科学技术的发展越来越广泛,已经渗透到了通信、工业、医疗保健、航空航天、军事、科研、安全保卫等各个方面,在国民经济中发挥着越来越大的作用。但就国内的情况而言,图像处理技术应用还不是非常普遍。尽管图像压缩在图像传输方面有着重要的意义,但有些场合需要实时性非常高的图像,经压缩丢失的细节往往正是我们所关心的。针对这些缺陷,研究和开发具有实时图像系统是当前图像处理领域的一个重要发展方向。
在图像捕获技术中,常规的获取方式是通过控制图像采集卡来实现的,由于图像的数据量很大,存盘和读盘花费了大量的时间,这样就难于实现实时图像的实时监测与处理,并且对不需要保存的图像信息也是极大的浪费。为了适应现代图像处理的实时性要求,本文研究了一种新的图像捕获方法,设计和完成了一套功能模块化图像实时处理系统。探讨了新型的使用于图像实时处理的方法,可以脱离PC机进行独立的图像捕获,取得了良好的效果。系统以微处理器和CPLD为架构,完成了动态图像捕获系统,总结了系统的设计和调试经验,对调试时遇到的一些问题进行了详细、深入的分析。
本文就该系统的几个主要部分进行了详细阐述。第2章对视频捕获系统作了概述,对视频捕获技术、视频格式和系统实现方法作了介绍。第3章介绍了实时图像显示系统,说明了系统的功能、结构、芯片的工作原理,设计了系统电路,并对系统初始化进行了说明。第4章介绍了图像捕获系统,分析了图像格式和存取方案。详细介绍了MaxplusⅡ编程环境,设计了系统电路,进行了程序编写。第5章介绍了图像捕获系统的PCB设计,分析了在系统在制板过程中可能会遇到的问题,并提出了解决方法。第6章介绍了系统的调测。最后一章,分析了方案的优点,并展望了视频实时处理未来发展。
本论文属于应用性研究,对新的图像获取方法的研究以及所开发的系统,具有一定实用价值。
Image information are mainly medium that people transfer information, according to statistics, about 70% percent of the knowledge that people get from outside is given by all kinds of image. So as the important medium of transfer information, image information is very important. Image process is momentous significance to people. With the rapid development of science and technology, the technology of image process is important to the national economy and the people's livelihood. Image process is applied more widely and it has been applied in communication、industry、military and so on. It is more and more useful in the national economy and the people's livelihood. But with an eye to domestic circumstance, the technology application is not just very widespread. Though the image compress technology have get the important meaning in the aspects of image transfer, but the very high quality real-time image is demand in some situations, the lose detail in image was usually exactly our concerns of by compression. Aim at these blemishes, study with develop to have the real-time image system is an importance development direction that current image process field.In the course of image capture technology, the conventional way of get image is control the image capture card. Because the amount of the image data is large, save and read is so long that it extends the time of process image. So it is difficult to realize real-time detect and process. In order to achieve real-time process, this paper studied a new means of capture image, designed and complied the modularization real-time system, discuss the new real-time processing way used to been image. The system can capture dynamic real-time image without a PC, according the research, the way of capture image is successful. The system based on microprocessor and CPLD, at the time implement the dynamic image capture system, the system designed and debugged experience is summarized and analyzed in detail also.
The chapter two introduce the system summarization and introduce image capture technology、 familiar image formats, and introduce the way how to realize the system in the end. The chapter three introduces the real-time image display system, and detail introduce the chips' function、 configuration and working theory , designed the circuit and tell us how to initialize to the system in the end. The chapter four analyzed the image format and capture way, introduces the programmable controller, detail introduces MaxplusII development environment, design the system circuit and edit the key code. The chapter five introduces the Printed Circuit Board design in the image capture system. Analyze the questions will be discover during the image capture design and put forward solve methods. The chapter six summarized the system debug. In last chapter, we analyze the advantage of the solution, and show a perspective eye of the development of image real-time process.This paper belongs to application research. It has some practical value to the research of new image' s capture and also the system we developed.
在图像捕获技术中,常规的获取方式是通过控制图像采集卡来实现的,由于图像的数据量很大,存盘和读盘花费了大量的时间,这样就难于实现实时图像的实时监测与处理,并且对不需要保存的图像信息也是极大的浪费。为了适应现代图像处理的实时性要求,本文研究了一种新的图像捕获方法,设计和完成了一套功能模块化图像实时处理系统。探讨了新型的使用于图像实时处理的方法,可以脱离PC机进行独立的图像捕获,取得了良好的效果。系统以微处理器和CPLD为架构,完成了动态图像捕获系统,总结了系统的设计和调试经验,对调试时遇到的一些问题进行了详细、深入的分析。
本文就该系统的几个主要部分进行了详细阐述。第2章对视频捕获系统作了概述,对视频捕获技术、视频格式和系统实现方法作了介绍。第3章介绍了实时图像显示系统,说明了系统的功能、结构、芯片的工作原理,设计了系统电路,并对系统初始化进行了说明。第4章介绍了图像捕获系统,分析了图像格式和存取方案。详细介绍了MaxplusⅡ编程环境,设计了系统电路,进行了程序编写。第5章介绍了图像捕获系统的PCB设计,分析了在系统在制板过程中可能会遇到的问题,并提出了解决方法。第6章介绍了系统的调测。最后一章,分析了方案的优点,并展望了视频实时处理未来发展。
本论文属于应用性研究,对新的图像获取方法的研究以及所开发的系统,具有一定实用价值。
Image information are mainly medium that people transfer information, according to statistics, about 70% percent of the knowledge that people get from outside is given by all kinds of image. So as the important medium of transfer information, image information is very important. Image process is momentous significance to people. With the rapid development of science and technology, the technology of image process is important to the national economy and the people's livelihood. Image process is applied more widely and it has been applied in communication、industry、military and so on. It is more and more useful in the national economy and the people's livelihood. But with an eye to domestic circumstance, the technology application is not just very widespread. Though the image compress technology have get the important meaning in the aspects of image transfer, but the very high quality real-time image is demand in some situations, the lose detail in image was usually exactly our concerns of by compression. Aim at these blemishes, study with develop to have the real-time image system is an importance development direction that current image process field.In the course of image capture technology, the conventional way of get image is control the image capture card. Because the amount of the image data is large, save and read is so long that it extends the time of process image. So it is difficult to realize real-time detect and process. In order to achieve real-time process, this paper studied a new means of capture image, designed and complied the modularization real-time system, discuss the new real-time processing way used to been image. The system can capture dynamic real-time image without a PC, according the research, the way of capture image is successful. The system based on microprocessor and CPLD, at the time implement the dynamic image capture system, the system designed and debugged experience is summarized and analyzed in detail also.
The chapter two introduce the system summarization and introduce image capture technology、 familiar image formats, and introduce the way how to realize the system in the end. The chapter three introduces the real-time image display system, and detail introduce the chips' function、 configuration and working theory , designed the circuit and tell us how to initialize to the system in the end. The chapter four analyzed the image format and capture way, introduces the programmable controller, detail introduces MaxplusII development environment, design the system circuit and edit the key code. The chapter five introduces the Printed Circuit Board design in the image capture system. Analyze the questions will be discover during the image capture design and put forward solve methods. The chapter six summarized the system debug. In last chapter, we analyze the advantage of the solution, and show a perspective eye of the development of image real-time process.This paper belongs to application research. It has some practical value to the research of new image' s capture and also the system we developed.
引文
[1] 朱鹏飞,赵雅兴.视频图像捕获系统SRAM控制器的FPGA实现.半导体技术,2002年6月
[2] 卢军.基于图像识别技术的信息卡识别.西北轻工业学院学报,2002年4月
[3] 龚荣武,唐宁九,孙介平,陈奕泉.多媒体电视监控中的视屏多画面与图像识别.计算机应用研究,1996年第5期
[4] 胡均安,刘革兴,张道德,周国柱.实时图像识别技术在片式元件编带机中的运用.武汉汽车工业大学学报,2000年12月
[5] 刘怡光,游志胜,曹丽萍,蒋欣荣.基于FISHER变换的多尺度图像识别方法及车型识别应用.电子与信息学报,2003年12月
[6] 何力成,黄彩珍.通用VGA-TV信号转换器的开发.新技术开发与应用,2001年第6期
[7] 罗玉平,施业斌,尹社广,陈海涛.SDRAM视频存储控制器的设计与实现.微型机与应用,2002年第9期
[8] 沈定,刚戚,李飞虎,艳斌.实时图像识别系统.高技术通信,2002年7月
[9] 杨振野,赖强.VGA转NTSC/PAL多功能变换器AL128及其应用.电子激光,2002年10期
[10] 李鑫,倪国,强方庆.应用于图像融合的新型视频信号显示系统.光电子激光,2001年10月
[11] 聂飞,冯宗哲,郭宝龙,孙伟,潘玉.嵌入式视频采集系统的实现方法研究.TV-ENGINEERING,2003年第8期
[12] 周杰,刘旭,刘向东.采用SAA7110和AL250集成芯片的TVNGA转换电路.电子技术应用,2001年4月
[13] 朱耀东,张焕春,经亚枝.基于FPGA的一种高速图形帧存设计.电子技术,2003年2月
[14] 周富强,张广军.视觉检测中高速图像采集技术的研究.北京航空航天大学学报,2002年4月
[15] 徐向辉,陶然,王越.视频图像采集系统的设计与实现.系统工程与电子技术,2001年10月
[16] 贺前华,唐志华,李韬.基于FPGA的视频转换系统的实现.微电子学与计算机,2003年5期
[17] 黄晓红,贾默伊.LD的新型视频图像采集板.电视技术,2003年第8期
[18] 王曼珠,路而红,王传海.VGA图像控制器的CPLD/FPGA设计与实现.电子产品世界,2003年10月
[19] 远双庆,余胜利,周敬利,邓晋军.VGA信号到TV信号的变换技术与系统实现.MINI-MICRO SYSTEMS,1996年12月
[20] 袁小平,于洪珍,钱建生,陈伟信.图像处理技术在工业电视系统中的应用.电视 技术,2001年8月
[21] 王林高.基于CPLD的VGA视频转换/浏览器的设计.淮阴工学院学报,2002年6月
[22] 石江宏,周剑扬.一种非标准VGA-TV转换器的实现.电子技术应用,2001年2期
[23] 潘亚涛,周宏.多制式VGA-TV视频转换器的实现.电声技术,1999年12月
[24] 孙红岩,吴晓宁.在标准VGA上直接读/写屏实现图像的存取.鞍山师范学院学报,2003年第8期
[25] 崔诣,俞巧根.新型TV-VGA转换器的研制与开发.电视技术,2000(9).-79-80
[26] 胡晓飞,殳国华.张士文.基于视频处理芯片和CPLD的实时图像采集系统.电子技术,2002年10期
[27] 殷士龙,唐洪武,徐友仁.单帧采集两次记录在图像测速中的应用.COLLEGE PHYSICS,2000年10月
[28] 金想元,蔡汉添,庄景文,丁超.一种将普通电视信号转换成VGA信号的特殊转换器,电视技术,2003年6月
[29] 任三军,任雁军,呼文杰.用CPLD和外部SRAM构成大容量FIFO的设计.电子产品世界,2001年第7期
[30] 姚旭辉,胡越黎,曹家麟.利用CPLD实现视频系统的逻辑控制.电子技术,2003年第3期
[31] 李番,谢自美.CPLD在视频采集系统中的应用和设计.微机发展,2003年第7期
[32] 肖儿良,纪爽,卢子峰 吴常泳.SAA7111在图像多媒体中的应用.电视技术,1999年7月
[33] 张军,李含善.可编程视频信号输入处理器SAA7111.国外电子元件,2002年第8期
[34] 张晓健.视频解码芯片SAA7113的初始化与控制.电子应用,2003年8月
[35] 尤政,胡庆英,罗维国,李柱.微处理器嵌入式图像帧存卡.华中理工大学学报,1997年6月
[36] 张海英,胡冰,赵新田,吴升艳.用SAA7111A设计模拟视频转换接口.电子技术应用,2003年5月
[37] 黄再银,李丽.帧存储器AL422的性能特点及其在画面分割器和扫描率转换器中的应用.国外电子元器件,2003年第5期
[38] 尹红,唐煜.单片机RS-485多机通讯的实现.计算机应用,1999年1月
[39] 肖建华,田亮.一种利用RS-485总线实现PC机与单片机通讯的方法.电子仪器仪表,1995年5月
[40] 陈清诒,陈再清.全隔离微机于单片机的RS-485通信技术.单片机与嵌入式应用,2002年6月
[41] 潘琢金.C8051F高速SOC单片机原理及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002年5月
[42] C8051FXXX单片机原理与应用.新华龙电子有限公司
[43] 徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51Windows环境编程与应用.电子工业出版社
[44] 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京航天航空大学
[45] 郭四稳,古乐野.多通道大容量高速数据采集系统[J].四川大学学报,2001,38(1): 29～32
[46] 蔡建新,阎华文.核医学数据获取动态存储器的设计[J].核电子学与探测技术,2000,20(6):434～436
[47] 宋振宇.SDRAM在图像采集中的应用[J].电子技术,2001,(4):25～27
[48] Altera公司.FLEX 10KE Datasheet [EB/OL]. http://www.Altera.com
[49] Altera公司.APEX 20 K/E Datasheet [EB/OL]. http://www.Altera.com
[50] Samsung公司.SDRAM Operations Datasheet[EB/OL]. http://www.Samsung electronics.com
[51] 侯伯亨,顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:西安科技大学出版社,2000
[52] C8051FOXX Sheet Data. CYGNAL Integrated Products, Inc. 2002.4
[53] C8051FOXX User's Guide. CYGNAL Integrated Products, Inc. 2002.4
[54] THE I~2C-BUS SPECIFICATION. VERSION2.1 JANUARY2000 PHILIPS Electronics N.V.
[55] SAA7111_A DATA SHEET. PHILIPS Electronics N.V.1998.5
[56] http://www.Averlogic.com AL250 DATA SHEET. Averlogic Technologies Corp, 1999.7
[57] AL422B DATA SHEET. Averlogic Technologies Corp, 2003.2
[58] AL250 DATA SHEET. Averlogic Technologies Corp, 2000.2
[59] Cygnal Integrated Products.2001.9
[60] How To Use SMBus implement the serial Communication. 2001.9
[61] ZLG7289.PDF. http://www.zlgmcu.com。
[62] ZLG7289A.PDF. http://www.zlgmcu.com。
[63] http://www.fpga.com.cn
[64] Miguel Arias-Estrada, Eduardo Rodriguez-Palacios. An FPGA Co-processor for Real-Time Visual Tracking. Lecture Notes in Computer Science Volume 2438/2002
[65] Ito, Shin-etsu. Study of digital Y/C separation in NTSC or PAL color television. IEEE Transactions on Consumer Electronics 1994, 40(4)963-968
[66] Ito, Shin-Etsu. Scene change phenomena and optimum control of the digital Y/C separation circuit. IEEE Transactions on Consumer Electronics 1995, 41(2)282-287
[67] Dennis, T.J. High quality digital PAL decoding for single frames. Electronics Letters 1998, 34(23)2221-2222
[68] Ding, Y.; Gao, X.; Yi, K. Effective simple Y-C separator for PAL and NTSC TV signals. Electronics Letters 1996, 32(5)426-428
[69] Ramachandran, S; Srinivasan, S. A fast, FPGA-based MPEG-2 video encoder with a automatic quality control scheme. Microprocessors and Microsystems, 25 (9-10) 30 Jan 2002
[2] 卢军.基于图像识别技术的信息卡识别.西北轻工业学院学报,2002年4月
[3] 龚荣武,唐宁九,孙介平,陈奕泉.多媒体电视监控中的视屏多画面与图像识别.计算机应用研究,1996年第5期
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[26] 胡晓飞,殳国华.张士文.基于视频处理芯片和CPLD的实时图像采集系统.电子技术,2002年10期
[27] 殷士龙,唐洪武,徐友仁.单帧采集两次记录在图像测速中的应用.COLLEGE PHYSICS,2000年10月
[28] 金想元,蔡汉添,庄景文,丁超.一种将普通电视信号转换成VGA信号的特殊转换器,电视技术,2003年6月
[29] 任三军,任雁军,呼文杰.用CPLD和外部SRAM构成大容量FIFO的设计.电子产品世界,2001年第7期
[30] 姚旭辉,胡越黎,曹家麟.利用CPLD实现视频系统的逻辑控制.电子技术,2003年第3期
[31] 李番,谢自美.CPLD在视频采集系统中的应用和设计.微机发展,2003年第7期
[32] 肖儿良,纪爽,卢子峰 吴常泳.SAA7111在图像多媒体中的应用.电视技术,1999年7月
[33] 张军,李含善.可编程视频信号输入处理器SAA7111.国外电子元件,2002年第8期
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[35] 尤政,胡庆英,罗维国,李柱.微处理器嵌入式图像帧存卡.华中理工大学学报,1997年6月
[36] 张海英,胡冰,赵新田,吴升艳.用SAA7111A设计模拟视频转换接口.电子技术应用,2003年5月
[37] 黄再银,李丽.帧存储器AL422的性能特点及其在画面分割器和扫描率转换器中的应用.国外电子元器件,2003年第5期
[38] 尹红,唐煜.单片机RS-485多机通讯的实现.计算机应用,1999年1月
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[69] Ramachandran, S; Srinivasan, S. A fast, FPGA-based MPEG-2 video encoder with a automatic quality control scheme. Microprocessors and Microsystems, 25 (9-10) 30 Jan 2002