隨著電子技術(shù)和電視技術(shù)的發(fā)展,，電視機(jī)由黑白電視機(jī)發(fā)展到模擬彩色電視機(jī)，現(xiàn)在已發(fā)展到數(shù)字彩色電視機(jī),。電視機(jī)有許多種分類方式,，如按所處理的信號，可分為模擬電視機(jī)和數(shù)字電視機(jī),； 按組成元件,，可分為集成電路電視機(jī)和晶體管電視機(jī)。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,，集成電路電視機(jī)由 中規(guī)模集成電路,、大規(guī)模集成電路發(fā)展到現(xiàn)在的超大規(guī)模集成電路電視機(jī)。現(xiàn)在已有了許多單片化電視機(jī) 及圖像處理的集成芯片,，本節(jié)主要介紹單片化彩色電視機(jī)及圖像處理的集成電路,。

　　集成電路彩色電視機(jī)按制式可分為：NTSC制、PAL制和SECAM制等,。我國采用PAL制式,，標(biāo)準(zhǔn)的PAL制式彩 色電視機(jī)也稱為PAL-D彩色電視機(jī)。典型的PAL－D彩色電視機(jī)電路主要由公共通道,、伴音通道,、解碼電路 、圖像重顯電路、控制電路和電源電路等部分組成,。

　　能否實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)處理電視圖像信號是設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵問題,。本系統(tǒng)使用微型計(jì)算機(jī)仿真電視圖像處理系統(tǒng)來對圖像進(jìn)行處理，使用PCI插卡電路,，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送,。PCI總線的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳送的瓶頸,，傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)總線的最大缺點(diǎn)是傳輸速率太低，不能實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,，PCI總線作為一種同步,，且獨(dú)立于處理器的32位局部總線，其最高工作頻率為33 MHz,，數(shù)據(jù)傳輸峰值吞吐率可達(dá)132Mb／s,。因而用PCI總線傳送1場（256×256×32位數(shù)據(jù)）信號的時(shí)間不大于20 ms。由于電視信號存在空間和時(shí)間上的冗余,，在仿真系統(tǒng)中,，利用PCI總線將數(shù)據(jù)圖像信息直接傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,、存儲和處理是可能的,。

　　1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

　　由于采用了微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，因而可使硬件電路設(shè)計(jì)的工作量大大降低,，仿真系統(tǒng)僅需要設(shè)計(jì)一PCI插卡,，就可實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的適時(shí)采集和處理。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示,。

　　采用PCI總線視頻處理卡對圖像進(jìn)行預(yù)處理和視頻A／D轉(zhuǎn)換,，再通過PCI總線將數(shù)字圖像信息寫入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存。

　　2 PCI總線視頻信號處理卡

　　PCI總線視頻處理卡由模擬視頻信號處理,、視頻信號A／D轉(zhuǎn)換,、PCI總線數(shù)據(jù)采集和信號傳輸?shù)炔糠纸M成。

　　2.1 視頻處理和視頻A／D轉(zhuǎn)換

　　視頻信號經(jīng)過電纜傳輸后有一定的衰減并且迭加上噪聲信號,，對A／D轉(zhuǎn)換前的原始視頻信號進(jìn)行放大和濾波處理,，可以有效增強(qiáng)視頻信息，降低噪聲干擾,。視頻A／D轉(zhuǎn)換芯片可供選擇的種類比較多,。

　　2.2 PCI總線數(shù)據(jù)采集和信號傳輸

　　PCI是Peripheral Component Interconnect（外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫，它是目前個(gè)人電腦中使用最為廣泛的接口,，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽,。PCI插槽也是主板帶有最多數(shù)量的插槽類型，在目前流行的臺式機(jī)主板上，ATX結(jié)構(gòu)的主板一般帶有5～6個(gè)PCI插槽,，而小一點(diǎn)的MATX主板也都帶有2～3個(gè)PCI插槽,，可見其應(yīng)用的廣泛性。其中包括數(shù)據(jù)／地址復(fù)用總線,、接口控制線,、仲裁、總線命令,、系統(tǒng)線等,。在設(shè)計(jì)中，可采用以下兩種方案實(shí)現(xiàn)PCI總線的接口設(shè)計(jì)：

　　2.2.1 采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PCI接口設(shè)計(jì)

　　幾乎所有的可編程邏輯器件廠商均有用于微型計(jì)算機(jī)接口的典型的PLD產(chǎn)品,，利用模塊可編程邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)簡單的PCI總線接口設(shè)計(jì),，由于可編程邏輯器件自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)PCI接口設(shè)計(jì)時(shí)有更多的思維想象空間,。

　　在設(shè)計(jì)中仍存在以下需要關(guān)注的問題：

　?。?）PCI具有順從性的特點(diǎn)，幾乎所有包含高性能數(shù)據(jù)和控制路徑中的邏輯都需要1個(gè)PCI系統(tǒng)時(shí)間的拷貝,，這與PCI苛刻的負(fù)載要求相矛盾,。另外，在完成某些功能如數(shù)據(jù)突發(fā)傳送時(shí),，往往需要很多時(shí)鐘負(fù)載,，而時(shí)鐘上升沿到輸出有效時(shí)間必須小于11 ns，這進(jìn)一步加重時(shí)鐘扇出問題,。

　?。?）PCI規(guī)范對傳輸數(shù)據(jù)的7 ns建立時(shí)間要求苛刻，有時(shí)在設(shè)計(jì)中要使用模擬延遲來解決,。

　?。?）任何完善的PCI接口器件都必須提供PCI配置空間，實(shí)現(xiàn)PCI規(guī)定功能需要完成邏輯校驗(yàn),、地址譯碼,、實(shí)現(xiàn)配置所需的各類寄存器等基本要求，選用的可編程器件對其邏輯門的容量有較大的要求,。

　　2.2.2 選用PCI總線控制器專用芯片

　　采用專用芯片放置在插卡電路與PCI總線之間,，提供傳遞數(shù)據(jù)和控制信號。如PLX公司開發(fā)的PLX9080和PLX9054系列芯片,，AMCC公司的S59xx系列等,。AMCC公司的S5933是一種功能強(qiáng)、使用靈活的PCI總線控制器接口芯片,，采用160PQFP和208TQFP 兩種封裝形式,，符合PCI局部總線規(guī)范,，也可作為PCI總線主控設(shè)備（Master）訪問其他總線設(shè)備。原理框圖如圖2所示,。

　　S5933提供了3種物理總線接口：PCI總線接口,、ADD-ON總線接口及外部配置存儲器（BIOS-ROM）接口，數(shù)據(jù)傳輸可以在PCI總線與 ADD-ON總線之間或與外部配置存儲器之間進(jìn)行,。PCI總線與ADD-ON總線之間的傳輸可以使用3種通道：信箱寄存器通道,、FIFO通道和PASS- THRU通道。

　?。?）信箱寄存器通道,。S5933的信箱寄存器（MAILBOXES）提供雙向數(shù)據(jù)通路，主要用于多路／分路器與AD-DON總線之間傳輸命令和狀態(tài)信息,，并可基于指定MAILBOX事件,，可在PCI總線或ADD-ON總線產(chǎn)生中斷。

　?。?）FIFO通道。FIFO通道主要包括2個(gè)32×8FIFO,，分別實(shí)現(xiàn)從PCI到ADD-ON和ADD-0N到PCI的數(shù)據(jù)傳輸,。

　　（3）PASS-THRU通道,。PASS-THRU傳輸通道為PCI總線提供一種寄存的訪問端口,，通過握手協(xié)議訪問ADD-ON上的資源。

　　比較以上2種實(shí)現(xiàn)PCI接口的方案可知,，用可編程邏輯器件能夠較靈活地實(shí)現(xiàn)所需要的功能,。針對本系統(tǒng)PCI接口電路設(shè)計(jì)，并非要實(shí)現(xiàn)PCI規(guī)范中的所有功能,，用可編程邏輯器件也可以提供解決問題的方案,。但為了達(dá)到PCI指標(biāo)的苛刻要求，需要做大量的邏輯驗(yàn)證和時(shí)序分析工作,。

　　3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理

　　為了實(shí)現(xiàn)仿真功能,，還需要開發(fā)相關(guān)的圖像處理和控制接口軟件。由于Windows操作系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)的安全性,、穩(wěn)定性和可移植性,，對應(yīng)用程序訪問硬件資源加以限制，因此無論采用可編程邏輯器件或者使用專用接口芯片實(shí)現(xiàn)PCI接口設(shè)計(jì),，都需要開發(fā)相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件對PCI硬件設(shè)備的訪問。

　　3.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

　　開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有多種開發(fā)工具可以選擇,。主要包括：微軟的軟件包,；Numega公司的VtoolsS；KRF-Tech公司的WinDriver。

　　在開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之前首先要對硬件設(shè)備特性,、總線結(jié)構(gòu),、中斷設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制及設(shè)備內(nèi)存等進(jìn)行分析,。驅(qū)動(dòng)程序要完成的基本功能包括設(shè)備的初始化,、對端口的讀寫操作、中斷的設(shè)置,、響應(yīng)和調(diào)用以及對內(nèi)存的直接讀寫等,。

　　3.2 仿真系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存中開辟一段空間，存儲通過PCI總線傳輸?shù)臄?shù)字圖像信息和受控系統(tǒng)反饋量,，使用VC++編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的讀寫操作,，憑借計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)圖像的數(shù)字濾波,、直方圖統(tǒng)計(jì),、二值化處理、邊緣檢測,、目標(biāo)特征選擇等圖像處理算法,，并將采集到的圖像、反饋量和處理過的圖像,、反饋量顯示到計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上,，設(shè)計(jì)人員可以直接獲得圖像處理中間過程的各種數(shù)據(jù)，通過對圖像處理中間過程的監(jiān)控,，設(shè)計(jì)人員可以較方便發(fā)現(xiàn)不同圖像處理算法的優(yōu)缺點(diǎn),。

　　4 結(jié)語

　　采用本文方法設(shè)計(jì)的電視圖像仿真系統(tǒng)已在某武器系統(tǒng)對目標(biāo)的紅外圖像識別、處理和控制的研制中獲得成功運(yùn)用,。本系統(tǒng)充分利用PCI總線的高速特性和微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理自由度大,，靈活可靠的特點(diǎn)，有效地解決了電視圖像的實(shí)時(shí)采集,、傳輸,、存儲和實(shí)時(shí)處理等問題，同時(shí)為設(shè)計(jì)人員的技術(shù)儲備和系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)提供幫助,，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值,。