基于单片SRAM和FPGA的红外图像显示的设计及实现

摘  要： 介绍一种采用单片SRAM和FPGA实现红外图像显示的新方案，并对显示系统结构、FPGA各功能模块设计、SRAM的读/写时序设计进行了详细论述。该图像显示方案可用于红外图像处理系统的硬件调试和红外图像处理效果观测。实际使用情况表明，该显示方案能够很好地满足红外图像处理系统的图像输出需求。
关键词： 红外图像显示；FPGA；SRAM
       随着红外探测技术的发展及其在军事、工业等领域的广泛使用，红外图像处理算法获得了广泛研究。在实际嵌入式红外图像处理系统中，为了方便硬件调试和观察图像处理的效果，需要在系统中加入图像显示模块。通常视频数据流需要处理的数据量大，实时性要求高，所以需要高速大容量的存储器作为图像数据的缓存。用于图像数据缓存的存储器有3种：①同步动态随机存取存储器SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)，其容量大、速度快、体积小、价格低，但SDRAM的控制逻辑比较复杂，对时序要求也十分严格，需要设计专门的SDRAM控制器以完成与SDRAM芯片的接口；②双口RAM，它可以同时对数据进行读写，时序简单，操作非常方便，但是容量相对较小，而且价格高；③静态随机存取存储器SRAM(Static RAM)，它不仅容量大、速度快、体积小、价格低，而且时序控制简单，但是数据不能同时读写，工程中多采用2片SRAM做乒乓操作来简化读写控制。针对实际工程中的体积小、成本低、开发周期短等要求，本文提出一种基于单片SRAM和FPGA的图像处理及显示方案，并在实际工程中得到了应用。
     本文的初始设计是面向帧频为50帧/s、16 bit灰度、图像为320×256像素的红外图像输出显示，但其设计方案可以应用于不同帧频、灰度级及图像大小的图像显示。
1 系统硬件结构和工作原理
     系统硬件结构图如图1所示。本系统中，高速串行LVDS视频信号经Camera Link接收芯片DS90CR285接收转化为并行TTL电平后送给FPGA，同时，其他系统的高速串行LVDS格式数据也可以直接送至FPGA。这些视频数据经FPGA进行直方图统计，并存储在SRAM中。然后，FPGA在存储间隙读出SRAM内的有效像素数据，并采用直方图统计的参数对图像灰度拉伸，然后送至视频转换芯片ADV7123进行D/A转换显示。
   
   2 各功能模块设计
2.1 Camera Link接口
     本方案选用DS90CR285将Camera Link格式的4对串行LVDS图像信号转换成28 bit并行TTL/CMOS的数据。根据Camera Link基本协议，28 bit数据信号中包括3个数据端口：A口(8 bit)、B口(8 bit)、C口(8 bit)，和4个视频控制信号FVAL(帧有效)、DVAL(数据有效)、LVAL(行有效)、SPARE(空，暂时未用)。经过Camera Link芯片转换后的时钟信号是整个相机的同步驱动信号，所有的数据和视频控制信号都和该时钟信号同步。数据转换后送入FPGA的时序如图2。
   
   2.2 FPGA核心功能模块实现
     本设计中视频数据的处理都在FPGA内实现，其内部功能框图见图3。