FPGA设计——CMOS图像采集与以太网传输显示(MT9V011)

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MT9V011(30万像素)，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，以太网卡采用REALTK公司的100M网卡芯片，硬件框图如下：

硬件平台采用ETree的FPGA开发板(某宝提供)，如下图所示：

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。

下面为MT9V011的初始化配置代码：

reg [23:0]lut_data;

reg [7:0]lut_index;	

always @(*)
begin
	case(lut_index)
	0	:	lut_data	 <= 24'h01_000b;		//First row to read
	1	:	lut_data  <= 24'h02_0012;		//Firts column to read
	2	:	lut_data  <= 24'h05_0083;		//bit 0-9 h-blank
	3	:	lut_data  <= 24'h06_001c;		//bit 0-11 v-blank
	4  :  lut_data  <= 24'h35_0313;     //global gain: 0-6(initial gain) 7-8(analog gain) 9-10(total gain)
	5  :  lut_data  <= 24'h20_1000;		//bit 15: upside down, bit 14: mirror(right to left)
//	6  :  lut_data  <= 24'h07_3302;		//bit 2: chip enable, bit 15: pclk invert, 8-11 
        7  :  lut_data  <= 24'h09_01cf;		//bit 0-11, shutter width
	
	default:lut_data	<=	24'h000000;
	endcase
end

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，视频正常显示,效果比OV7670好很多，如下图所示。