基于Nios II處理器的視頻信號測試技術

李艷霞

摘要：本文介紹了一種小型化、通用化的測控通信視頻采集設備測試儀器，此儀器采用基于Nios II處理器設計，無須外部操作系統(tǒng)干預，即可實現(xiàn)與外部總線信號轉換。本文詳細介紹了該處理器的原理實現(xiàn)、硬件設計和軟件設計。

關鍵詞：Nios II處理器 視頻信號 測試技術

筆者介紹了一種采用基于Nios II處理器設計的視頻信號測試儀器，用來實現(xiàn)測控通信視頻采集器測試設備的小型化和通用化。

一、原理實現(xiàn)

標準的電視信號制式有PAL、NTSC等，全電視信號包含圖像信號、行同步信號、場同步信號以及復合消隱信號等，圖1為PAL制式的全電視信號波形圖。

全電視信號的產生一般采用全定制芯片實現(xiàn)，導致信號產生設備體積大，且通用性差。如圖2所示，為了模擬產生全電視信號，筆者將場同步信息、行同步信息、消隱信息注入圖像數(shù)據(jù)內，產生全電視信號數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號，并將產生的全電視信號數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號輸送到DA器件，轉換成PAL制式的全電視信號。采用這種方式實現(xiàn)的視頻信號測試設備不僅具有小型化特點，還可以實現(xiàn)多種信號的模擬，具有一定的通用性。

標準測試圖像數(shù)據(jù)一般包括灰度測試圖像數(shù)據(jù)、分辨率測試圖像數(shù)據(jù)、綜合測試圖像數(shù)據(jù)，用來檢測灰度、分辨率以及運動和靜止狀態(tài)下的圖像總體質量，圖3為兩幅標準測試圖像。

二、硬件設計

1.硬件實現(xiàn)

硬件實現(xiàn)采用了阿爾特拉公司的EP2C35實現(xiàn)，外部擴展FLASH、SDRAM存儲芯片。全電視信號數(shù)據(jù)及同步信號輸出給DA芯片，經(jīng)過模擬濾波器后輸出全電視信號。其中，濾波器的設計要根據(jù)產生的全電視信號的實際帶寬，如圖4所示。

2.Nios II CPU配置

Nios II軟核處理器有三種類型：經(jīng)濟型內核“Nios II/e”、標準型內核“Nios II/ s”和快速型內核“Nios II/f”。如圖5所示，不同類型的處理器內核具有不同的功能和技術指標。當然，在獲得強功能和高技術指標的同時，處理器需要付出較多的邏輯資源，使用過程也會變得更加復雜。在這里，筆者選擇標準型內核進行設計。

通過SOPC Builder工具，筆者完成了對CPU主頻以及需要實現(xiàn)的RAM、總線接口、IO接口等設置，如圖6所示。設置完成后，軟件會自動進行編譯，編譯完成后生成ptf文件，然后直接進入Nios II IDE界面，創(chuàng)建工程進行軟件設計。

三、軟件設計

Nios II IDE使用標準的C/C++作為編程語言。利用Nios II IDE創(chuàng)建工程后，會包含系統(tǒng)自帶庫文件、自動生成的system.h文件和工程源文件，如圖8所示。圖9為采用Quartus II軟件仿真實現(xiàn)的時序圖。

軟件流程圖如圖10所示，在每次上電復位后，儀器首先進行初始化，包括對IO及總線等資源進行配置工作。初始化完成后，等待總線的命令輸入，得到總線的輸入命令后，按照總線的設置參數(shù)選擇測試圖像，選擇視頻的格式，最后啟動視頻信號的輸出。

四、結束語

基于Nios II技術實現(xiàn)的視頻信號測試儀器，在不改變硬件的情況下，可以通過軟件的靈活配置，實現(xiàn)功能的升級，使得測試設備更加小型化和通用化。同時，該測試儀器可以通過軟件升級，實現(xiàn)故障信息注入，從而模擬在不同環(huán)境下存在干擾的視頻信號，對測控通信采集設備進行測試。

參考文獻：

[1]赫建國.基于Nios II內核的FPGA電路系統(tǒng)設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

（作者單位：臨汾職業(yè)技術學院）