【FPGA工程篇】图像采集及显示（一）_基于fpga的图像的采集与显示设计

FPGA学习入门：流水灯；

FPGA项目入门：图像采集及显示。

----FPGA大叔·沃自己硕得

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目录

前言

一、项目要求

二、方案设计

三、代码实现

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前言

        很多小伙伴在学习FPGA的时候，肯定都是先了解了verilog语法后，写了几个加法器；然后搞块学习开发板，跑跑流水灯、搞搞数码管显示对吧。流水灯的点亮，也可以说是点亮了我们FPGA殿堂的第一盏灯。

        而同样的，图像采集及显示，在笔者看来可以说是FPGA项目入门的第一个项目也不为过。在该系统中，涉及到接口时序、缓存（FIFO、DDR3）、显示驱动（LCD）等，一个较为完整而又较为容易理解的系统。另外，上板调试还会涉及到约束文件的编写、硬件的连接、bit文件及mcs文件的生成、程序固化等，一个完整的入门项目。

        其他图像处理类项目，基本可以在此基础上进行扩展。包括图像前处理（图像滤波、伽马矫正、图像增强etc）、图像后处理（锐化、边沿提取etc）等。

        所以，笔者在此对其进行整理。温故而知新。

一、项目要求

对摄像头信号采集并传输到LCD屏上显示。

硬件平台：

摄像头型号 ：MT9V034（灰度摄像头，8位并行接口，分辨率：752*480 ，帧率：15-60fps）

FPGA型号  ：Xilinx  A7

软件平台：

Vivado 2018.3

二、方案设计

        首先，我们拿到项目要求，第一件事情就是分析其需求。而且，需求分解尽可能细致、详尽。那么，对于本项目要求来说，我们也可以大致对其需求分解：

1. 摄像头信号采集
2. 图像数据传输
3. LCD屏显示

        针对各个需求，我们再进一步深究其内涵。

        摄像头信号采集，如何采集、根据什么采集？根据摄像头手册可知，摄像头将采集到的模拟信号转为数字信号，包括： 场同步信号、行同步信号、8位并行数据信号；这里，简单解释下，场同步信号代表一帧图像的有效范围；行同步信号确定有效像素数据。在场同步信号以及行同步信号都有效时，数据为有效像素数据。

        所以，我们只需要在同步信号有效时，采集这8位并行数据即可。

        图像数据传输，从采集到输出显示，如何保证不丢帧，不撕裂？一般来说，由于FPGA内部存储容量有限，会外挂DDR芯片作为存储扩展；所以，常用的做法是，先通过FIFO进行数据缓存，然后写入DDR，进行缓存一定帧数的图像（通常，项目也会要求xxM大小的缓存容量）。同时，FIFO还能起到跨时钟域数据同步的作用。最后，再从DDR读出图像数据，根据发送接口的不同，对发送模块设计相应的时序控制。

        LCD屏显示，需要我们设计驱动模块，提供LCD显示所需的行/场同步信号以及RGB信号。RGB数据为565格式。即：R[4:0]G[5:0]B[4:0]

        接下来，我们可以初步画出系统框图了：（后面使用电脑重新画图，便于查看）

 根据系统设计，我们将项目分为以下三个子模块：

1. 图像采集子模块（接收模块） image_capture.v
2. DDR缓存子模块（缓存模块） ddr_top.v
3. LCD驱动子模块（发送模块）lcd_drive.v

        ——>接收——缓存——发送——>

接下来，我们再仔细讨论这几个子模块。

三、代码实现

各模块的详细规划设计以及代码实现，我们下期见。

项目涉及到DDR3部分可以参考博文：

Xilinx FPGA平台DDR3设计保姆式教程（汇总篇）——看这一篇就够了