基于FPGA的熱像電視信號編碼器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于FPGA的熱像電視信號編碼器，包括：一片FPGA芯片和一片數模轉換芯片及相應外圍電路組成。其中FPGA內部IP模塊包括：DCFIFO；色彩空間轉換模塊；FIR低通濾波器；正交調制模塊；延遲器；疊加器，兩輸入端相應連接所述正交調制模塊及延遲器，把所述調制信號疊加到同源的亮度信號上；時序控制多路選擇模塊，輸入腳連接所述DCFIFO、疊加器、正交調制模塊，進行CVBS信號輸出；以及時鐘模塊，產生系統時鐘，并連接至所述DCFIFO、正交調制器和時序控制多路選擇模塊。本實用新型專利技術實現熱像視頻可以直接在普通電視監視器中顯示黑白圖像或增加偽彩色后顯示彩色圖像。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種用FPGA實現的電視信號編碼器設備，該設備應用于紅外熱成像機芯中，它屬于數字視頻編碼成像領域。
技術介紹
紅外熱成像具有抗干擾性好，作用距離遠，透霧能力強可全天時全天候工作，廣泛應用目標監控、工業測量、醫學和科學研究等方面。紅外視頻要想在電視監視器中顯示，在該應用中需要轉換成模擬復合視頻信號，也稱CVBS(Composite Video Broadcast Signal,復合視頻信號)，是目前彩色電視機最常用的視頻信號。根據信號格式不同分為PAUPhaseAlternating Line)制式和 NTSC (National Television Standards Committee,(美國)國家電視標準委員會)制式。目前中國使用的是PAL-D標準，在該標準中規定了行場同步、消隱等信號寬度。在有效圖像掃描行中，用信號的電平表示圖像的亮度信號Y，而將兩路色差信號U，V，用正交調制的方法，疊加到亮度上。該信號的數學表達式為Y+U*Cos(wt) 土V*Sin(wt)。紅外熱 成像讀出電路輸出為數字視頻信號，由數字信號轉換成CVBS信號需要一片專用的視頻編碼芯片，專用編碼芯片一般引腳眾多及外圍電路復雜，因此占用主處理芯片的10引腳多和需要較多的電路面積。另外專用編碼芯片的數字輸入端多為RGB24位或RGB565格式，而熱像數字信號可以達到14位，為了呈現更多的灰度等級一般編碼芯片不能滿足需求。
技術實現思路
因此，本技術的目的在于提供一種基于FPGA的熱像電視信號編碼器，用于將熱像探測器輸出的數字視頻信號轉換成模擬復合視頻信號，從而，實現熱像視頻可以直接在普通電視監視器中顯示黑白圖像或增加偽彩色后顯示彩色圖像。本技術采用的技術方案為—種基于FPGA的熱像電視信號編碼器,其特征在于，由一片FPGA芯片和D\A芯片組成，其中FPGA實現的IP模塊包括偽彩模塊，將熱像探測器輸出的灰度圖像數據轉換成RGB信號。DCFIF0，用于接收熱像探測器的信號或偽彩RGB信號，進行不同時鐘域的數據同I K少；色彩空間轉換模塊，連接所述DCFIF0，被接受到的經過DCFIFO同步的熱像探測器的信號轉換成亮度信號和兩路色差信號；低通濾波器，連接所述色彩空間轉換模塊，把所述兩路色差信號進行低通濾波；正交調制模塊，連接所述低通濾波器，對經過濾的所述兩路色差信號進行正交調制，生成調制信號；延遲器，連接所述色彩空間轉換模塊，延遲預定長時間，以使所述亮度信號與同源的所述調制信號同步；疊加器，兩輸入端相應連接所述正交調整模塊及延遲器，把所述調制信號疊加到同源的亮度信號上；時序控制多路選擇模塊，輸入腳連接所述DCFIF0、疊加器、正交調制模塊，進行CVBS信號輸出；以及時鐘模塊，產生系統時鐘，并連接至所述DCFIF0、正交調制器和時序控制多路選擇模塊。依據本技術采用基于FPGA(Field — Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)的電路實現，FPGA是一種超大規模集成電路，具有在電路可重配置能力和速度快的特點，因而設計靈活，移植性好，容易滿足視頻信號輸出的驅動時序要求。通過DCFIFO(雙時鐘FIFO)進行所得模擬信號的同步，同步到FPGA芯片上，然后再通過色彩轉換模塊把同步過來的熱像視頻信號轉換成占用極少帶寬的Y、U、V信號(按照視頻處理規范，分別對應明亮度、影像色彩、飽和度)，后兩者是色差信號，進行正交調制疊加到亮度上，然后把DCFIF0、疊加器、正交調制模塊，進行CVBS信號輸出通過時序控制多路選擇模塊進行多路選擇輸出，也就是CVBS輸出，其中多路選擇模塊連接時鐘模塊，產生所需要的時鐘時序。依據上述結構，所使用的外部接口較少，且基于FPGA的集成電路運行速度更快，電路面積小。采用基于IP核的如色彩空間轉換模塊，減少研發成本。上述基于FPGA的熱像電視信號編碼器，在所述DCFIFO前級設有偽彩功能模塊。上述基于FPGA的熱像電 視信號編碼器，所述正交調制模塊包括第一乘法器和第二乘法器，以及第一乘法器和第二乘法器輸出連接的加法器，其中第一乘法器連接所述色彩空間轉換模塊以接收的兩路色差信號中的影像色彩信號，同時，該第一乘法器的另一個輸入端連接一個多路復用器，以復用相位信號、正弦信號和反相位的正弦信號；第二乘法器則連接所述色彩空間轉換模塊以接收與所述影像色彩信號同源的飽和度信號，同時該第二乘法器還連接余弦信號產生器。附圖說明圖1為依據本技術的數字部分與模擬部分轉換電路。圖2為依據本技術的基于FPGA的熱像電視信號編碼器數字部分的結構框圖。圖3為時序產生模塊結構框圖。圖4為正余弦信號產生模塊結構框圖。圖5為調制模塊結構框圖。圖6為時序控制多路選擇模塊接線圖。具體實施方式參照說明附圖1，依據本技術的一種熱像電視編碼器包括數字部分和模擬部分。其中模擬部分由10位數模轉換器(ADV7123)實現。數字部分采用現場可編程邏輯陣列(FPGA)來實現，由于數模轉換比較常規，一下重點說明數字部分的結構特點，在一個較佳的實施例中其包括一下電路模塊1.偽彩功能模塊偽彩色變換使用灰度級彩色變換方法，把圖像的各個灰度值按照一定的線性函數關系映射成顏色漸變的彩色，然后再將三個顏色分別輸出。根據色度學原理，任何一種顏色都可以由RGB三基色按不同的比例來合成。因此圖像的偽彩色處理先要設定紅、綠、藍三個基色的函數關系，使對應的每一個函數都有相應的RGB值。這種變換方式對不同的圖像和不同的區域因溫度的不同而顯示不同的色彩，并且能使紅外圖像層次分明、色彩清晰。本系統主要完成了彩虹編碼、熱金屬編碼、冰火編碼、以及經典編碼等十種編碼方式。偽彩功能模塊是一種IP核，所謂IP核是一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，該程序與集成電路工藝無關，可以移植到不同的半導體工藝中去生產集成電路芯片。這里的偽彩功能模塊為硬核，直接轉移或者植入到FPGA電路中，根據相關IP核的說明選擇匹配上述圖像實現所需要的電路連接。2. DCFIFO 緩沖模塊連接所述偽彩功能模塊，該模塊保證即時視頻流與信號調制不同時鐘域的數據同3.色彩空間轉換模塊為連接所述DCFIFO —種IP核，即圖2中所示的RGB to YUV模塊。YUV是被歐洲電視系統PAL所采用的一種顏色編碼方法，主要用于優化彩色視頻信號的傳輸，使其向后兼容老式黑白電視。與RGB視頻信號傳輸相比，它最大的優點在于只需占用極少的帶寬(RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸)。中〃Y〃表示明亮度也就是灰階值；是個基帶信號。而U〃和V〃表示的則是色度作用是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。U和V不是基帶信號，它倆是被正交調制了的。因此需要將RGB轉換到YUV，公式如下Y=O. 3R+0. 59G+0. 11Β;U = O. 565 (B - Y)V =0. 713 (R - Y)上面公式系數為小數，用FPGA實現時需要用到浮點運算，浮點運算占用資源較多。因此轉換到整數運算公式變換為y=77*r/256+150*g/256+29*b/256u= (b_y) *579/1024V=(r-y)*730/1024將系數進一步拆分77=64+8+4+1; 150=128+16+4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FPGA的熱像電視信號編碼器，其特征在于，由一片FPGA芯片和D/A芯片組成，其中FPGA實現的IP模塊包括：DCFIFO，用于接收熱像探測器的信號，進行不同時鐘域的數據同步；色彩空間轉換模塊，連接所述DCFIFO，被接受到的經過DCFIFO同步的熱像探測器的信號轉換成亮度信號和兩路色差信號；FIR低通濾波器，連接所述色彩空間轉換模塊，把所述兩路色差信號進行低通濾波；正交調制模塊，連接所述低通濾波器，對經過濾的所述兩路色差信號進行正交調制，生成調制信號；延遲器，連接所述色彩空間轉換模塊，延遲預定長時間，以使所述亮度信號與同源的所述調制信號同步；疊加器，兩輸入端相應連接所述正交調整模塊及延遲器，把所述調制信號疊加到同源的亮度信號上；時序控制多路選擇模塊，輸入腳連接所述DCFIFO、疊加器、正交調制模塊，進行CVBS信號輸出；以及時鐘模塊，產生系統時鐘，并連接至所述DCFIFO、正交調制器和時序控制多路選擇模塊。

【技術特征摘要】
1.一種基于FPGA的熱像電視信號編碼器，其特征在于，由一片FPGA芯片和D/A芯片組成，其中FPGA實現的IP模塊包括 DCFIFO，用于接收熱像探測器的信號，進行不同時鐘域的數據同步； 色彩空間轉換模塊，連接所述DCFIFO，被接受到的經過DCFIFO同步的熱像探測器的信號轉換成亮度信號和兩路色差信號； FIR低通濾波器，連接所述色彩空間轉換模塊，把所述兩路色差信號進行低通濾波； 正交調制模塊，連接所述低通濾波器，對經過濾的所述兩路色差信號進行正交調制，生成調制信號； 延遲器，連接所述色彩空間轉換模塊，延遲預定長時間，以使所述亮度信號與同源的所述調制信號同步； 疊加器，兩輸入端相應連接所述正交調整模塊及延遲器，把所述調制信號疊加到同源的亮度信號上； 時序控制多路選擇模塊，輸入腳連接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鵬，牛慧卓，
申請(專利權)人：山東神戎電子股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：