基于Nios II处理器的视频信号测试技术

李艳霞

摘要：本文介绍了一种小型化、通用化的测控通信视频采集设备测试仪器，此仪器采用基于Nios II处理器设计，无须外部操作系统干预，即可实现与外部总线信号转换。本文详细介绍了该处理器的原理实现、硬件设计和软件设计。

关键词：Nios II处理器 视频信号 测试技术

笔者介绍了一种采用基于Nios II处理器设计的视频信号测试仪器，用来实现测控通信视频采集器测试设备的小型化和通用化。

一、原理实现

标准的电视信号制式有PAL、NTSC等，全电视信号包含图像信号、行同步信号、场同步信号以及复合消隐信号等，图1为PAL制式的全电视信号波形图。

全电视信号的产生一般采用全定制芯片实现，导致信号产生设备体积大，且通用性差。如图2所示，为了模拟产生全电视信号，笔者将场同步信息、行同步信息、消隱信息注入图像数据内，产生全电视信号数据和数据同步信号，并将产生的全电视信号数据和数据同步信号输送到DA器件，转换成PAL制式的全电视信号。采用这种方式实现的视频信号测试设备不仅具有小型化特点，还可以实现多种信号的模拟，具有一定的通用性。

标准测试图像数据一般包括灰度测试图像数据、分辨率测试图像数据、综合测试图像数据，用来检测灰度、分辨率以及运动和静止状态下的图像总体质量，图3为两幅标准测试图像。

二、硬件设计

1.硬件实现

硬件实现采用了阿尔特拉公司的EP2C35实现，外部扩展FLASH、SDRAM存储芯片。全电视信号数据及同步信号输出给DA芯片，经过模拟滤波器后输出全电视信号。其中，滤波器的设计要根据产生的全电视信号的实际带宽，如图4所示。

2.Nios II CPU配置

Nios II软核处理器有三种类型：经济型内核“Nios II/e”、标准型内核“Nios II/ s”和快速型内核“Nios II/f”。如图5所示，不同类型的处理器内核具有不同的功能和技术指标。当然，在获得强功能和高技术指标的同时，处理器需要付出较多的逻辑资源，使用过程也会变得更加复杂。在这里，笔者选择标准型内核进行设计。

通过SOPC Builder工具，笔者完成了对CPU主频以及需要实现的RAM、总线接口、IO接口等设置，如图6所示。设置完成后，软件会自动进行编译，编译完成后生成ptf文件，然后直接进入Nios II IDE界面，创建工程进行软件设计。

三、软件设计

Nios II IDE使用标准的C/C++作为编程语言。利用Nios II IDE创建工程后，会包含系统自带库文件、自动生成的system.h文件和工程源文件，如图8所示。图9为采用Quartus II软件仿真实现的时序图。

软件流程图如图10所示，在每次上电复位后，仪器首先进行初始化，包括对IO及总线等资源进行配置工作。初始化完成后，等待总线的命令输入，得到总线的输入命令后，按照总线的设置参数选择测试图像，选择视频的格式，最后启动视频信号的输出。

四、结束语

基于Nios II技术实现的视频信号测试仪器，在不改变硬件的情况下，可以通过软件的灵活配置，实现功能的升级，使得测试设备更加小型化和通用化。同时，该测试仪器可以通过软件升级，实现故障信息注入，从而模拟在不同环境下存在干扰的视频信号，对测控通信采集设备进行测试。

参考文献：

[1]赫建国.基于Nios II内核的FPGA电路系统设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

（作者单位：临汾职业技术学院）