基于FPGA的USB视频传输系统设计.pdf

【基于 FPGA 的 USB 视频传输系统设计】 随着科技的发展，CCD（Charge-Coupled Device）传感器在图像采集领域的应用越来越广泛，以其优秀的成像质量和高通透性受到青睐。与CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）传感器相比，CCD在相同像素下的成像效果更佳，色彩还原准确，曝光控制良好。USB（Universal Serial Bus）通用串行总线作为一种高速通信接口，由于其易连接性、即插即用的特点以及高传输速率，成为实现高速图像采集系统的关键技术。 本文主要探讨了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的USB视频传输系统设计，用于将高清CCD模块捕获的视频图像实时传输至个人计算机（PC）。系统采用了OmniVision公司的OV5640图像传感器，这是一款高分辨率的1/4英寸5百万像素的CCD传感器。OV5640传感器与FPGA直接相连，通过FPGA对视频数据进行处理，并通过USB2.0控制器芯片CY7C68014A进行传输。CY7C68014A是一款集成了增强型51内核的芯片，确保了高效的数据管理和传输。 系统设计包括三个主要部分：数据采集、传输和显示。选用Spartan-6系列的XC6SLX45 FPGA，因其低功耗、低成本和高性能的优势，适合在大型系统中应用。数据采集阶段，CCD模块需要2.8V、1.8V和1.5V三组电源，可以通过主电源（如3.7V）通过线性电源芯片转换得到。FPGA与CCD模块通过IIC（Inter-Integrated Circuit）接口进行通信，实现模拟IIC协议，从而控制CCD模块的运行。 在传输阶段，FPGA负责接收CCD传感器输出的视频数据，对其进行必要的预处理，然后通过USB2.0接口将数据发送给PC。USB2.0协议的最大传输速率为480Mbps，足够应对高清视频的实时传输需求。在PC端，接收到的数据将被实时解码并显示。 系统的优点在于结构简洁，易于使用，且适应于大规模系统的设计。这种设计已被应用于相关手持设备产品中，实现了高清CCD图像的实时USB传输，提升了设备的图像处理能力和用户体验。 总结来说，基于FPGA的USB视频传输系统通过巧妙地结合高性能CCD传感器、FPGA处理单元和USB2.0控制器，实现了高清晰度视频图像的实时传输。这一设计不仅提高了数据传输效率，还简化了系统架构，降低了整体成本，对于图像采集和处理领域具有重要意义。在现代电子设备和工业应用中，这样的系统设计有望得到更广泛的应用。