OV7670摄像头驱动及VGA显示.doc

数字电路系统自主设计论文（2011 级）题 目 OV7670 摄像头驱动及 VGA 显示学 院 电子信息学院专 业 电子信息工程班 级 11041812学 号 11047811 11047807 学生姓名 李梓梁 范玉秋 指导教师 陈龙 黄继业完成日期 2012 年 12 月摘要OV7670 图像传感器, 体积小 ,工作电压低,提供单片 VGA 摄像头和影像处理器的所有功能.通过 SCCB 总线控制, 可以输出整帧, 子采样,取窗口等方式的各种分辨率 8 位影响数据.VGA 图像最高达到 30 帧/秒,我们可以控制图像质量,数据格式和传输方式 .所有图像处理功能过程包括伽玛曲线, 白平衡,饱和度, 色度等都可以通过 SCCB 接口编程.OmmiVision 图像触感器应用独有的触感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声，托尾，浮散等，提高图像质量，得到清晰地稳定的彩色图像本系统运用 EDA 技术,以 FPGA 为核心器件,对逻辑器件进行编程,Quartus2 及实验开发系统为设计工具,用 Verilog HDL 语言进行设计,然后下载到 FPGA 中实现功能 .课题设计背景1.1 数字图像处理发展史数字图像处理技术起源于 20 世纪 20 年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片,它采用了数字压缩技术 .就1920 年的技术水平看, 如果不压缩,传一幅图片要一个星期时间 ,压缩后只需要 3 个小时.1964 年美国的喷气推进实验室处理了太空船”徘徊者七号”发回的月球照片,这标志着第三代计算机问世后数字图像处理概念开始得到应用.其后,数字图像处理技术得到迅猛发展 ,目前已成为工程学,计算机科学,信息科学, 统计学, 物理学,化学,生物学, 医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和研究的对象.从 70 年代中期开始,随着计算机技术和人工智能,思维科学研究的迅猛发展,数字处理向更高, 更深层次发展.而在图像处理系统中 ,图像采集是图像处理最重要的前提.前端的图像采集及质量,直接影响到图像处理系统后端的算法处理及应用.图像采集卡是常用的图像输入设备,通常占用PC 机总线的一个插槽 .它主要包括图像存储器单元 ,CCD,或 CMOS 摄像头接口,PC 机总线接口等.传统的图像采集卡大多数采用 PCI 接口,这种图像采集卡适用于将模拟信号经 A/D 转换器转换成数字信号,或本身就是数字信号,再通过 PCI 接口传输至 PC 机, 进行图像处理.但使用嵌入式系统实现图像采集和处理时,带有 PCI 接口的图像采集卡就不适用.另外,在图像处理的实时性方面,一般的所用的 PC 软件或 MCU 软件方法已不能满足要求,究其原因就是因为其本质是顺序执行指令 ,不能做并行处理,而一般采集的图像数据量较大 ,运算量也比较大.另一方面,现今的图像处理应用也向嵌入式小型化方向发展.因此, 现场可编程门阵列 FPGA 以其较高的并行处理能力,丰富的内部资源和较大的灵活性,在视频频图像方面,显现出独特的优势.1.2 应用背景随着科学技术的不断发展,越来越多的工业控制领域实现了自动控制,为了更好地实现远程控制与管理,视频监控与数据采集的技术迫切需要,随着嵌入式技术的不断发展和视频监控系统的应用的日益广泛,视频设备驱动程序的开发与数据采集技术也成为了开发热点.目前生产摄像头的厂家繁多,产品的种类也琳琅满目 ,不同类型摄像头的驱动程序几乎不能通用,这给视频监控系统的普及以及应用带来了不便,因此 ,设计通用的摄像头驱动程序显得尤为重要.随着多媒体技术,网络技术的迅猛发展,利用嵌入式系统实现远程视频监控,可视和视频会议等应用已成为可能,设备的驱动程序开发是一个重要环节.目前,视频监控系统应用到越来越多的领域,从普通的库房,工地,交通路段监控到危险环境的数据采集等领域都应用了视频监控技术.其中视频监控系统主要包括以下几个功能:(1).实时监控功能: 实时监控摄像头所监视的范围;(2)数据流采集功能:实时保存监控信息,以备将来查找相关影像资料;(3)照片抓取功能:周期性的抓取监控目标的照片;视频监控系统以前多使用的是闭路电视系统,这种闭路电视系统对距离非常敏感稍微远一点的地方,传输信号就会有很大的损耗 ,传输的图像质量也会下降很多.而且闭路电视联网非常麻烦,也就无法使用闭路电视监控系统连接 Internet 来提供远程监控服务,因此早期的视频监控系统是无法实现真正意义上的无人值守.为了解决这种问题,结合嵌入式系统的特点和 Internet 的发展, 产生了嵌入式的视频网络监控系统的概念.目前主要有两种视频监控系统实现方案获得了广泛的应用:一种方案是将各个嵌入式视频前端设备(摄像机或摄像头等设备)获得的视频信号通过内部网络传输到一个 PC 机上,在这台作为核心的 PC 机上运行相关的视频和网络服务器软件,处理与外网的连接,提供视频监控服务.这种模式实际上是原来闭路电视监视系统的延伸,这种模式将 PC 机作为服务器代替了控制中心, 还提供 Internet 接入能力,在一定程度上解决了闭路电视监视系统无法实现远程控制的缺陷.但这种模式的缺点也是很明显的,由于系统中图像压缩与解压缩采用的是基于 PC 机的视频卡,这使得视频前端设备(如 CCD 等用于视频信号的采集,压缩,通讯的设备) 过于复杂,稳定性,可靠性不高 ,而且价格昂贵.在这种系统下 PC 机仍然需要专人管理 ,操作较为繁琐.另一种方案是将视频前端设备和嵌入式 Web 服务器整合到一起,摄像机传送来的视频信号经过数字化后由高效压缩芯片压缩,再通过内部总线传送到内置的 Web 服务器,然后该 Web 服务器直接连上Internet,网络上用户可以直接用浏览器观看 Web 服务器上摄像机拍摄图像.该系统可以减少很多复杂的电缆,不但安装方便 ,而且用户无需使用专用软件.这种系统也可以应用在需要各设备之间距离较大的情况下,如交通监管, 远程监控和视频远距离直播等.系统设计及硬件实现2.1 系统设计本系统的主要是基于 FPGA 架构的,由 FPGA 作为核心控制及处理单元,其余外部设备与芯片包括 OV7670 摄像头，SDRAM 存储器，VGA 接口，FPGA 配置芯片，液晶显示屏等。

2.2 系统的工作流程(1).系统上点,FPGA 通过配置芯片完成硬件电路配置;(2).硬件电路配置完毕,FPGA 内部的特定模块对 OV7670 和 TFT 液晶屏进行寄存器的配置初始化设置；(3)初始化设置完毕，启动 OV7670,FPGA 采集图像数据到 FPGA 内部，经过格式转换，一路存入 SRAM 缓存，一路直接在 TFT 液晶屏上实时显示；(4)一帧图像数据全部存入 SRAM 后，FPGA 内部的 NIOSII 软核读取 SRAM 图像数据并分析，处理后以图片格式存入 SD 卡中2.3 系统各个模块的实现模块一：OV7670 摄像头的初始化IIC 读写时序：IIC 读写程序：6'd0 : beginSCLK >1);end // start additional timer that is used for the refresh, writea, reada commands if (command_delay[0] == 0 & command_done == 1)beginrp_shift >1);rp_done >1);rp_done >1);rp_done >1);oe1 >1);do_rw =X_START-2 && H_Cont=Y_START && V_Cont