基于fpga的高速数字图像传输系统

基于fpga的高速数字图像传输系统

cy7b2c3/333研究随着电气图像技术的进步，相关电气图像仪的摄像头已发展为高视频频率、高分离性和多通道方向。图像的远程传输和抑制需要相对较高的性能。结果表明，光纤具有良好的水密性和耐腐蚀性。此外，它还具有重量轻、体积小、强度高、抗电磁干扰等特点。当在线直径和长度相同时，它是铜线的5000倍。采用光纤容易实现高帧频、高分辨力、高精度相机的图像远程传输和控制。在高速数据处理系统、设备间,数字视频信号的远程传输多使用串行信号,该方式简单易行,传送距离较远。本文中采用的相机图像的传输及控制使用串行信号,因此主要进行串行数据发送/接收电路的设计,其主要功能是:将数字视频/控制命令并行信号变成串行信号,或数字视频/命令串行信号变成并行信号,而CY7B923/933是基于HOTLINK传输协议的点到点串行高速通信的发送器和接收器。它适用于光纤、同轴电缆作为传输介质。CY7B923/933使用方便、可靠性好,可广泛用于长距离、高速、点对点串行通信中,如光纤通信设备、工作站与存储器的互连、视频点播、语音图像多媒体传输设备及其它长距离高速串行通信场合。1cy7b923.33的原则和工作模式1.1发送器程序的实现CY7B923的内部结构主要包括时钟产生器、输入寄存器、编码器、移位寄存器、三对差分PECL输出对(OUTA±,OUTB±,OUTC±)及测试逻辑等电路。编码器用于将保存在输入寄存器的数据编码为串行传输的8B/10B传输码,由SC/D(专用字/数据)端电平控制,将Q0-Q7输入编成数据码或专用字码,时钟发生器含有一个锁相环PLL,将发送器时钟CKW(数据按字节输人的时钟)十倍频形成位时钟,驱动移位。CY7B923发送器将要发送的并行8位数据锁存到内部寄存器后,编码器进行8B/10B编码,由移位器移位串行输出,输出波特率是并行字节波频率的10倍。同时有三路串行输出(OUTA±,OUTB±,OUTC±),均是差分PECL信号,其中OUTA±,OUTB±可由FOTO控制,FOTO为高时,OUTA±,OUTB±被置成逻辑零而关闭光纤模块的输出,OUTC±则不受控制。上升沿时的数据D0-D7被锁存、编码、发送。CY7B933的内部结构主要包括时钟产生器、输出寄存器、解码器、成帧器和移位寄存器、两对差分PECL输入对(INA±,INB±)及测试逻辑等电路。INA±或INB±由A/B置高或低选其中一对,其功能是将输入INA±或INB±的PECL串行差分输入位流转换为8位并行数据输出Q0-Q7。时钟同步器内嵌锁相环跟踪输人数据位流的频率,产生与发送时钟同步的时钟。移位寄存器按位行数据,在同步时钟作用下将数据按位送往成帧器。成帧器使位流数据正确地按字节恢复。解码器将成帧后的8B/10B代码解码为原始数据或控制字,用RVS为高电平作数据违规或RD错的报错信号。串/并转换后的数据从输出寄存器Q7-Q0并行输出。时钟同步器是由内部锁相环来保持与接收到的位流频率一致,并提供内部移位、解码时钟。数据重建器,若在接收到的位流中检测到同步码K28.5,则复位内部位计数器,从而开始同步接收数据,为了防止干扰可由RF输入使数据重建器停止工作。1.2正常工作模式CY7B923/33有正常工作模式和自检模式,由引脚BISTEN决定内置自测试允许。当该脚为低电平且ENA和ENN均为高电平时。发送指发送1,0位交替结构数据,当BISTEN为低电平且ENA或ENN也为低电平时,发送器开始重复发送一串测试码,以测试发送器、接收器及传输线等的完好,正常使用时应为高电平。在正常工作模式下有两种工作模式即编码模式和直传模式,由MODE引脚决定。1)编码模式MODE为低时,收发器工作于8B/10B编码模式,即8位数据或控制字由CY7B923编码为10位的传输码再逐位传送。在这种方式下,用户发送的数据和控制字符由译码器根据输入的8位数据、数据类型控制码(SC/D)及系统测试输人(SVS)的状态等对输入数据进行编/译码,若数据的内容为正常的数据码,则SC/D为低电平,且应该使用有效数据码表中的数据字符码组来对输人数据进行编码,若输人数据的内容为控制码或协议信息,则SC/D应为高电平,且应按照有效特殊字符码来对输入的数据编码。2)直传模式MODE为高,收发器工作于直传模式,即收发器直接传输数据不编码,编码和解码由外部协议控制器完成。输入分成10位,数据需预先编码,编码方式可自己选择,但需保证有足够的跃变密度(每10位至少一次),使接收器锁相环能正确锁定相位,且编码需与传输介质兼容。2发送/接收应用电路目前我们已将它应用到实际电路中,主要实现相机的图像传输和控制的远程实现,一方面在相机端将数字化的图像数据串行化,通过光纤发送出去,并将行、场信号标志符加入;将光纤传输来的控制字转成并行数据,送到相机内部控制器,控制相机的帧频、各通道增益及偏移量等。另一方面,在远程控制接收端,将接收的图像数据恢复成原来的格式,并恢复行、场信号和时钟信号;将控制命令及驱动逻辑等编成8位数据串行化后由光纤发送出去。这样实现相机图像远程传输及控制。本文将介绍控制端的电路实现。因工作环境需要,我们采用CY7B933/923-JI,图1为由CY7B923/933和光电转换器件(HFBR-1119T/2119T)构成的一个实际发送/接收应用电路,用来接收/发送图像数据或控制命令。因为发送的数据需要转化成8位数据后才能通过CY7B923发送,接收的数据同样需处理成满足我们需要的格式,因此采用FPGA来从数据总线或存储器读/写数据,经过处理后完成通信任务。在应用中,发送器与接收器的时钟(即发送器的CKW和接收器的REFCLK)频率应严格一致,误差不超过0.1%,否则就导致通信失败。本系统工作在20MHz时钟下,选择8B/10B编码模式,MODE接地,发送器不用的OUTB±,OUTC±通过1k的上拉电阻接电源.接收器不用的INB±可悬空,在本系统中,采用光电转换器HFBR/1119T/2119T,与光纤接口。CY78923/933的位置应靠近光电转换器,使连线最短,连线长度应尽量保持对称。输出、输入端都应接匹配电阻,如图1。系统设计完,发送数据前,先进行系统自检,然后进入正常工作状态。FPGA从总线或RAM中读出数据,经处理成需要的格式,送到CY7B923的数据口,ENA有效时,等待CKR的上升沿到达,被锁存到CY7B923的寄存器内,逐位发送出去。ENA,ENN是发送使能信号,低有效,本系统中ENN接高电平。接收时,在接收时钟CKR下降沿送出发送器,利用RDY和SC/D来判断数据。FPGA将接收到的数据进行处理,送到数据总线或RAM中。另外,开机后,若无数据发送时,发送器固定地发送字符K28.5,它可作为接收器判断发送器是否连接的方法。系统图像传输可靠性光纤