FPGA设计——CMOS图像采集与以太网传输显示

Posted 2020-09-12

1. 概述

本设计采用FPGA技术，将CMOS摄像头(DVP接口)的视频数据采集，并通过以太网传输(UDP方式)给PC机，上位机DEMO通过套接字编程，将视频实时显示在屏幕上。

2. 硬件系统框图

CMOS采用OV的30万像素芯片，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，以太网卡采用REALTK公司的100M网卡芯片。

3. UDP/IP协议

UDP(User Datagram Protocol)是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。UDP协议经常用于图像传输、网络监控数据交换等数据传输速度要求比较高的场合。

IP(Internet Protoco)包位于网络层，功能是把分组发往目标网络或主机。所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输。

以太网的数据帧的传输过程中，包长一般在46～1500字节，这里将UDP包长设计为：(8+20+640*2)=1308字节，以提高传输效率。

4. FPGA逻辑设计

FPGA各部分逻辑模块如下图所示：

• CMOS Capture，采集CMOS的DVP视频流；

• I2C Config，配置CMOS芯片；

• FIFO，实现CMOS时钟域到以太网时钟域之间的转换；

• UDP Pack，实现UDP/IP协议的实现。

5. 上位机Demo实现

本设计采用VC++ 2010设计了一款简易的UDP网络视频流播放器，视频源为RAW8格式，分辨率640*480，帧率25Hz。Windows为我们提供了便捷的套接字(socket)编程方式，软件工程师方便实现网络编程。

6. 视频显示结果

给FPGA板卡上电，打开UDP demo软件，视频正确稳定显示。

7. 任务管理器

在任务管理器中，可以查看网卡的状态，包括使用率和丢包的大概曲线图。UDP demo软件运行几分钟后，图像稳定显示，从任务管理器中可以看到本地网卡2的使用率为65.99%，曲线平整，没有异常丢包情况。

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