一种支持流数据片内实时处理的系统及设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子工程和计算机科学领域。本发明具体涉及一种支持流数据片内实时处理的系统及设计方法，旨在设计一种集采集、转码、缓存和显示等功能为一体的流数据处理系统，不仅能够提高流数据处理的实时性，也能够促进流数据处理系统的高集成和小型化。
【背景技术】
[0002]数字化时代的来临对流数据(如高清视频流)行业提出了更高的要求。高清视频流实时显示处理系统在天气预报、机器人视觉、医学图像、导弹精确制导等领域得到了广泛的应用。在航天领域，弹道武器一般采用多种制导方式，其中基于地形匹配的制导方式是很重要的，其主要原理就是通过视频采集设备实时采集武器下方地形图像，然后主控制系统对采集到的地形图像与基准数据库的图像进行比对，并以此来校正导航参数。如何最大限度的提高图像数据的采集与处理速度和图像处理系统的高集成化就成为研究重点。
[0003]而且近年来，随着移动便携设备和高清视频的应用普及，人们对视频处理系统的画面质量和细节以及系统的便携性都有了更高的要求。但是目前最常见高清视频流系统，即PC机加采集卡的模式，不仅便携性方面严重不足，而且在视频流处理的实时性上也不能满足要求。即便是某些视频流处理系统能够符合便携性和实时性的要求，但是也因为成本过高而得不到广泛应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种支持流数据片内实时处理的系统及设计方法，设计一种集采集、转码、缓存和显示功能为一体的流数据处理系统，不仅能够提流数据处理的实时性，也能够促进流数据处理系统的高集成和小型化。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:一种支持流数据片内实时处理的系统，该系统包括:
[0006]流数据采集模块:利用VHDL语言设计基于SCCB总线协议的外部流数据传感设备的配置单元，完成对流数据传感设备的自动曝光、自动白平衡、饱和度、色调和伽玛校正参数的配置和调整；利用VHDL语言设计多个process模块完成对多路流数据的并行采集；
[0007]流数据转码模块:利用VHDL语言搭建流水线和移位操作架构，采用边采集边处理的方式，同时对两个像素点四组数据进行并行处理，提高运算处理速度；
[0008]流数据缓存模块:利用FIFO建立两级队列缓存，解决三级异步时钟域间的数据通信问题，进而解决由于流数据采集与转码的速度不一致而导致的数据冲突；
[0009]流数据显示模块:利用VHDL语言设计HDMI芯片配置单元，使流数据经HDMI接口显示在外部显示器上。
[0010]其中，采用的SoC芯片为Xilinx公司的xc7z020clg484_l。
[0011]其中，采用的HDMI芯片为ADI公司的ADV7511。
[0012]其中，采用的流数据传感设备为OminiVis1n公司的0V5642。
[0013]本发明另外提供一种支持流数据片内实时处理的设计方法，该方法步骤如下:
[0014]步骤⑴利用VHDL语言设计基于SCCB总线协议的外部流数据传感设备的配置单元，完成对流数据传感设备的自动曝光、自动白平衡、饱和度、色调和伽玛校正参数的配置和调整；利用VHDL语言设计多个process模块完成对多路流数据的并行采集；
[0015]步骤(2)利用VHDL语言搭建流水线和移位操作架构，采用边采集边处理的方式，同时对两个像素点四组数据进行并行处理，提高了运算处理速度；
[0016]步骤(3)利用FIFO建立两级队列缓存，解决三级异步时钟域间的数据通信问题，进而解决由于流数据采集与转码的速度不一致而导致的数据冲突；
[0017]步骤(4)利用VHDL语言设计HDMI芯片配置单元，使流数据经HDMI接口显示在外部显示器上。
[0018]其中，采用的SoC芯片为Xilinx公司的xc7z020clg484_l。
[0019]其中，采用的HDMI芯片为ADI公司的ADV7511。
[0020]其中，采用的流数据传感设备为OminiVis1n公司的0V5642。
[0021]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0022](I)、本发明利用VHDL语言设计了多个process模块以并行采集流数据，能够提升流数据的采集速率，减少流数据的丢失。
[0023](2)、本发明利用VHDL语言搭建的流水线和移位操作架构，能够实现对流数据的边采集边处理，同时能够对两个像素点的四组数据进行并行处理，提高了运算处理速度。
[0024](3)、本发明利用FIFO建立的两级队列缓存，能够解决三级异步时钟域间的数据通信问题，进而解决了由于流数据采集与转码的速度不一致而导致的数据冲突。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的总体结构图；
[0026]图2为本发明的两级FIFO缓存接口示意图；
[0027]图3为本发明的基于VHDL语言的流数据传感设备和HDMI芯片配置流程图；
[0028]图4为本发明的两级FIFO缓存工作原理流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
[0030]本发明涉及一种支持流数据片内实时处理的系统及设计方法，采用的SoC芯片为Xilinx公司的xc7z020clg484-l、HDMI芯片为ADI公司的ADV7511、流数据传感设备为OminiVis1n公司的0V5642。具体实施内容如下:
[0031]流数据采集模块:利用VHDL语言设计基于SCCB总线协议的外部流数据传感设备的配置单元，完成对流数据传感设备的自动曝光、自动白平衡、饱和度、色调和伽玛校正参数的配置和调整。如图3所示，定义管脚变量，即定义时钟管脚SCL为输出模式，数据管脚SDA为输入输出模式，由于SDA是输出与输入共用的，所以需要在进行下一步操作时通过代码确定其模式，即是输出还是输入，初始设置其为输出模式；定义一个整型变量(数值范围O?999)将系统主时钟(100MHz)分频为ΙΟΟΚΗζ，这个时钟是SCCB协议工作时钟；在状态机控制下产生数据传输开始信号，即当SCL为高电平时，SDA产生下降沿；FPGA将要配置的寄存器地址和读操作标志通过SDA数据线输出到流数据传感设备和HDMI芯片中；设置SDA为输入模式，流数据传感设备和HDMI芯片返回应答，当应答信号为低电平时表示前面操作成功，否则，需要重新开始传输；当FPGA收到成功应答信号后，向流数据传感设备和HDMI芯片写入配置数据，这个操作可以连续多次，直到所有配置数据都成功写入；最后在状态机控制下产生数据传输结束信号，即当SCL为高电平时，SDA产生上升沿。
[0032]利用VHDL语言设计多个process模块完成对多路流数据的并行采集，即八位数据信号、一位行同步信号、一位场同步信号和一位像素同步信号。