基于FPGA的DVP協(xié)議實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換

一、什么是DVP？

DVP（Digital Video Port） 是傳統(tǒng)的sensor輸出接口，采用并行輸出方式，d數(shù)據(jù)位寬有8bit、10bit、12bit、16bit，是CMOS電平信號（重點(diǎn)是非差分信號），PCLK最大速率為96MHz，接口如下圖：

PCLK：pixel clock ,像素時(shí)鐘，每個(gè)時(shí)鐘對應(yīng)一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)；

HSYNC：horizonal synchronization，行同步信號

VSYNC：vertical synchronization，幀同步信號；

DATA：像素?cái)?shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，具體位寬要看ISP是否支持；

XCLK：或者M(jìn)CLK，ISP芯片輸出給驅(qū)動(dòng)sensor的時(shí)鐘；

SCL，SDA：IIC用來讀寫sensor的寄存器，配置sensor。

DVP協(xié)議是攝像頭中常用的協(xié)議，除了DVP協(xié)議攝像頭中還有其他常用的協(xié)議如：MIPI、LVDS等協(xié)議。其整體協(xié)議時(shí)序圖如圖：

圖中PIXCLK信號即是PCLk信號，F(xiàn)V是幀同步信號，LV是行同步信號，輸出的P0~Pn就是像素?cái)?shù)據(jù)。

二、OV7670攝像頭的DVP協(xié)議時(shí)序

（1）水平時(shí)序

（2）和VGA對應(yīng)的幀時(shí)序

DVP協(xié)議和VGA接口協(xié)議基本一樣，只是VSYNC信號高低電平相反了。還有DVP協(xié)議的HREF信號是在HERF為高電平是直接輸出像素?cái)?shù)據(jù)，而VGA接口的HSYNC信號在HSYNC為高時(shí)先后輸出顯示后沿、有效圖像數(shù)據(jù)、顯示前沿。

（3）這里對OV7670攝像頭配置輸出的是RGB565圖像數(shù)據(jù)，其時(shí)序?yàn)椋?/p>

（4）配置成RGB555和RGB444輸出時(shí)序如圖：

RGB555

RGB444

三、RTL設(shè)計(jì)

從上邊所看的時(shí)序圖可以將DVP協(xié)議轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的圖像的數(shù)據(jù)流，代碼如下：

// Company :

// Engineer :

// -----------------------------------------------------------------------------

// https://blog.csdn.net/qq_33231534 PHF's CSDN blog

// -----------------------------------------------------------------------------

// Create Date : 2020-09-24 2257

// Revise Data : 2020-09-24 2257

// File Name : ov7670_data_16rgb565.v

// Target Devices : XC7Z015-CLG485-2

// Tool Versions : Vivado 2019.2

// Revision : V1.1

// Editor : sublime text3, tab size (4)

// Description : DVP協(xié)議（digital video port）獲取ov7670數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成16位RGB565圖像數(shù)據(jù)

module ov7670_data_16rgb565(

inputclk,//輸入為攝像頭輸入時(shí)鐘pclk 25MHz

inputrst_n,//系統(tǒng)復(fù)位

inputvsync,//場同步信號

inputhref,//行同步信號

input[7:0]din,//ov7670攝像頭數(shù)據(jù)輸入

inputinit_done,//ov7670攝像頭初始化結(jié)束標(biāo)志

outputreg[15:0]data_rgb565,//轉(zhuǎn)換成16位RGB565圖像數(shù)據(jù)

outputregdata_rgb565_vld //16位RGB565圖像數(shù)據(jù)有效標(biāo)志

);

regvsync_r;

reghref_r;

reg[7:0]din_r;

regvsync_r_ff0;

regvsync_r_ff1;

regdata_start;

reg[3:0]frame_cnt;

regframe_vaild;

wirevsync_r_pos;

regdata_en;

//外部信號打一拍

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

vsync_r <= 0;

href_r <= 0;

din_r <= 8'd0;

end

else begin

vsync_r <= vsync;

href_r <= href;

din_r <= din;

end

end

//場同步信號上升沿檢測

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

vsync_r_ff0 <= 0;

vsync_r_ff1 <= 0;

end

else begin

vsync_r_ff0 <= vsync_r;

vsync_r_ff1 <= vsync_r_ff0;

end

end

assign vsync_r_pos = (vsync_r_ff0 && ~vsync_r_ff1);

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

data_start <= 0;

end

else if (init_done) begin

data_start <= 1;

end

else begin

data_start <= data_start;

end

end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

frame_cnt <= 0;

end

else if (data_start && frame_vaild==0 && vsync_r_pos) begin

frame_cnt <= frame_cnt + 1'b1;

end

else begin

frame_cnt <= frame_cnt;

end

end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

frame_vaild <= 0;

end

else if (frame_cnt >= 10) begin

frame_vaild <= 1;

end

else begin

frame_vaild <= frame_vaild;

end

end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

data_en <= 0;

end

else if (href_r && frame_vaild) begin

data_en <= ~data_en;

end

else begin

data_en <= 0;

end

end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

data_rgb565_vld <= 0;

end

else if (data_en) begin

data_rgb565_vld <= 1;

end

else begin

data_rgb565_vld <= 0;

end

end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

data_rgb565 <= 16'd0;

end

else if (data_en) begin

data_rgb565 <= {data_rgb565[15:8],din_r};

end

else begin

data_rgb565 <= {din_r,data_rgb565[7:0]};

end

end

endmodule

測試代碼：

`timescale 1ns/1ns

module ov7670_data_16rgb565_tb (); /* this is automatically generated */

reg rst_n;

reg clk;

localparam clk_period = 20;

reg vsync;

reg href;

reg [7:0] din;

reg init_done;

wire [15:0] data_rgb565;

wire data_rgb565_vld;

ov7670_data_16rgb565 inst_ov7670_data_16rgb565

(

.clk (clk),

.rst_n (rst_n),

.vsync (vsync),

.href (href),

.din (din),

.init_done (init_done),

.data_rgb565 (data_rgb565),

.data_rgb565_vld (data_rgb565_vld)

);

initial clk = 1;

always #(clk_period/2) clk = ~clk;

initial begin

#2;

rst_n = 0;

vsync = 0;

href = 0;

din = 0;

init_done = 0;

#(clk_period*20);

rst_n = 1;

#(clk_period*20);

init_done = 1;

#clk_period;

init_done = 0;

#(clk_period*20);

repeat(12)begin

#(clk_period*500);

dvp_data();

end

#(clk_period*20);

$stop;

end

task dvp_data;

integer i,j;

begin

vsync = 0;

#(clk_period*10);

vsync = 1;

#(clk_period*10);

vsync = 0;

#(clk_period*100);

for(i=0;i<480;i=i+1)begin

for(j=0;j<640*2;j=j+1)begin

href = 1;

#(clk_period);

din = din + 1'b1;

end

href = 0;

#(clk_period*100);

end

din = 0;

end

endtask

endmodule

仿真圖如圖所示：

（1）傳輸12幀圖像數(shù)據(jù)

可以看到，data_rgb565_vld數(shù)據(jù)有效信號在10幀圖像數(shù)據(jù)后才有輸出，這是為了在初始化后圖像數(shù)據(jù)可能會(huì)有不穩(wěn)定情況，因此將前十幀圖像丟棄。

（2）1幀圖像數(shù)據(jù)（注意看幀同步信號）

（3）傳輸數(shù)據(jù)部分細(xì)節(jié)