通信技术
基于FPGA的视频以太网传输
李嘉琛杨光
(长券理工大学电子信息工程学院，吉林长春130022)
数事共与或用
摘要：为解决视频传输实时性问题,提出采用现场可竭程门阵列(FPGA)作为主控芯片来控制CMOS传感器进行图像采集，然后和上位机之阔进行以太网数据通信。加入ChipScope软件进行在线逻释分析。实验结果表明系统实现了高质量视频实时传输，且具有耗能低、稳定性高等优点。
关键词：FPGA；图像采集；以太网
中图分类号：TP393.11
文献标识码：A
面对目益增长的数据流和多媒体服务，大容量、高速率，多功能模块高端网络产品的市场规模将不断扩大，以太网的出现能够很好地满足这一市场需求TCP(TransmissionControl Protocol)和UDP(UserDatagramProtocol)属于传输层协议。TCP是基于连接的协议，在正式收发数据前，必须建立可靠的连接，因此可以提供IP环境下数据的可靠传输，但也使得通信效率变低。UDP协议不属于连接型协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去。因而具有资源消耗小、在数据传输过程中延迟小和传输效率高等优点，可以有效地实现图像数据快速传输。FPGA在高速数据信号采集、处理具有最为显著优势，且集成度高，功耗低，编程配置灵活。为此本文就FPGA和UDP/IP协议相结合的方式设计了一个视频快速传输
系统，并从时序仿真、功能仿真和硬件平台上验证了其可行性。 1系统概述
为提高系统的集成度、可靠性和稳定性，首先对主控制器进行选择，FPGA打破了顺序执行模式，在每个时钟周期内可完成更多的处理任务，远远超越了数字信号处理器(DSP)的运算能力。本设计中选用Xilinx公司低成本的Spartan6XC6SLX9作为主控芯片，采用 Realtek公司的PHY芯片RTL8211E来实现以太网数据通信。
图1为视频以太网传输的整体原理框图，包含数据采集系统、数据处理系统和数据接收系统三个部分。数据采集系统采用OV5640 高清摄像头模组来实现图像的采集，FPGA通过PC总线对OV5640 摄像头内部寄存器进行配置，使其工作状态满足要求。FPGA把采集到的图像数据流写入内部SDRAM进行数据缓存。对于SDRAM的读写采用乒乓结构来实现图像数据快速读写。通过不断地读取 SDRAM内部鳍存的数据，将数据流按照UDP协议打包成IP数据包，之后把IP数据包按照标准以太网顿格式封装后通过GMIL总线发送
文章编号:1007-9416(2017)04-0032-04
到PHY芯片，之后PHY芯片通过CAT5e网线将数据包发送至上位
机。上位机通过接收网口的UDP数据包，提取图像数据。 2数据采集及缓存
2.1数据采集
FPGA通过总线来完成OV5640内部寄存器的配置，使它的输出格式为JPEG，像素大小为1280*720,由于JPEG格式下输出的图像每-慎的数据大小是不相等的，这里设置JPEG输出的数据模式为2，此模式下可以设置内部寄存器4600来确保每一顿都有一个固定的行数，默认为1024。如果最后一行的数据没有达到固定宽度时，寄存器会自动添加虚拟数据以匹配固定宽度。
配置完寄存器后，OV5640输出的像素时钟PCLK作为像素数据采样的基准，在寄存器配置完成后需要等待至少10慎，即OV5640工作稳定后，才开始采集图像数据。当行场有效时(即CMOS_VSYNC 为低电平，COMS_HREF为高电平)图像数据有效，此时FPGA可以在PCLK上升沿读取8位图像数据。由于数据流在SDRAM存储数据宽度为16bit，所以这里第一个PCLK上升沿时进行8位图像数据的暂存，第二个PCLK上升沿再进行8位数据转16位数据转换操作。此时定义一个数据同步输出信号CMOS_oCLK，其上升沿表示16位数据开始有效，下降沿时16位数据稳定，外部模块可以读取数据
利用xilinx的ChipScope软件抓取摄像头采集到的图像数据如图2所示，在信号CMOS_HREF为高电平时，开始输出8bit图像数据 CMOS_iDATA并暂存，然后再进行8位数据到16位数据转换操作，输出有效数据CMOS_oDATA图中CMOS_oCLK上升沿表示图像数据开始有效，CMOS_oCLK的下降沿表示数据稳定。
2.2数据缓存
图像数据采集完成后，需要对图像数据流进行缓存。首先，正常
o- emes_HKEF
ov5640摄 eA
上位机
快写腔
CAT FPGA
LDPIP GM总线
rH
图1系统总体框图
收稿日期：2017-04-01
RASASOND-se-CHOS_iDATA
-Tre_CM05_1DATA
O-CHOS_αDATA Frme_Cent Frme_lid-CHOS_aCLX
31
x
0
国保政据
EEXX SOXEE
00
31029e2945
12
X1143X2A05X
出数摄数据有效
67
29E6 12
GXXXXXXX
图2图像数据信号采集
作者简介：李嘉璨(1991一)男,河南安阳人,项士,研究方向：FPGA/CPLD的应用：杨光(1975一),男.吉林愉树人,博士,副教投,研究方向:DSP
FPGA/CPLD应用以及汽车非标测量设备的开发
万方数据