Interface para captura e processamento de imagens em FPGA

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Resumo

Este trabalho propõe um sistema baseado em componentes de hardware programável do tipo FPGA que será administrado através da liguagem VHDL. O sistema irá realizar a captura de imagens à partir de uma câmera de vigilância analógica, armazenando em memória RAM, processando e reproduzindo através de uma interface VGA. Será abordado um breve histórico das tecnologias e padrões que virão a ser utilizados para a implementação do sistema e funcionamento do mesmo.


Palavras-chave: FPGA, VGA, VHDL, Memória e Vídeo Analógico.

Introdução

Com o passar dos anos, houveram diversos avanços na área de eletrônica, dos quais podemos citar alguns essenciais: a invenção da válvula, os diodos e transistores, os circuitos integrados (CI) e microprocessadores. Estes avanços nos permitiram chegar em uma revolução no mundo dos circuitos eletrônicos em meados dos anos 70: os Dispositivos Lógicos Programáveis (PLD).

Os desenvolvimento dos Dispositivos Lógicos Programáveis destacou-se frente aos microprocessadores devido a programação em nível de hardware, permitindo que estes pudessem ser configurados de acordo com a necessidade do usuário, facilidade que não era possível em tecnologias anteriores (popularmente conhecidos como "hardware fixo"). Os primeiros exemplares de PLDs utilizavam apenas portas lógicas convencionais, dispensavam o uso de flip-flops, e foram denominados Programmable Array Logic (PAL) ou Programmable Logic Array (PLA). A primeira evolução dos PLDs permitiu o uso de funções sequenciais através do uso de flip-flops, ainda em meados dos anos 70. No início dos anos 80 foi lançada uma nova estrutura de PLD, os Generic Array Logic (GAL), que conferiu grande melhoria em relação aos primeiros PLD. Os GAL utilizam circuitos lógicos adicionais nas saídas de cada PLD, contendo além de flip-flops, multiplexadores e portas lógicas.

Em meados dos anos 80, surgiu um novo dispositivo com diversas diferenças em relação as anteriores como custo, desempenho, arquitetura, tecnologia, entre outros. O Field-Programmable Gate Array (FPGA) é baseado em uma matriz de portas lógicas - ao invés de uma "pilha" (Volnei A. Pedroni, 2010) - e possui um número maior de blocos, porém, individualmente são menores e mais sofisticados. Atualmente, os chips FPGA estão presentes em muitos dispositivos de uso diário, como smartphones, notebooks, e outros. Devido a facilidade de possuir hardware mutável, permitindo que seus arranjos físicos sejam "reprogramados" (fundamento dos PLDs), também vem se destacando na industria e na área acadêmica para projetos e prototipação.

Uma implementação de FPGA será apresentada neste trabalho utilizando a liguagem de descrição de hardware VHSIC Hardware Description Language (VHDL). O sistema irá efetuar a captura de imagens à partir de uma câmera de vigilância analógica com armazenamento em memória do tipo Memory Randon Acess (RAM), processando e reproduzindo as imagens através de uma interface Vídeo Gate Array (VGA).

Condição Atual

Trabalho concluído

Cronograma

Etapas Mar/2016 - Jul/2016 Ago/2016 Set/2016 Out/2016 Nov/2016 Dez/2016 {{{8}}} {{{9}}} {{{10}}} {{{11}}} {{{12}}}
Pesquisa Bibliográfica X
Escrita do Documento X
Entrega do Documento e Defesa TCC1 X
Seminário TCC 1 X
Implementação Blocos Lógicos X X X X X
Escrita do Documento Final X X
Apresentação Final X


Referencias

[1] BOCHETTI, M. R. Mecanismo de reconfiguração dinâmica aplicados ao projeto de um processador de imagens reconfiguráveis 2004.

[2] Glaucio Bertelli Peres. Sistema de análise de sinais: Módulo de interface VGA em FPGA São José, SC, Março 2012.

[3] João Donato da S. Petroni. Interface para processamento de imagens implementada em FPGA São Carlos, SP, Fevereiro 2015.

[4] PEDRONI,V.A. Eletrônica Digital Moderna e VHDL: Princípios Digitais, Eletrônica Digital, Projeto Digital, Microeletrônica e VHDL 2010.

[5] Newton C. Braga. TV Analógica (TEL074) 2003.

[6] Rafael C. González and Richard E. Woods. Digital Image Processing Addison-Wesley 1993.

[7] João Paulo S. dos Santos. Sistema Embarcado para Rastreamento de Imagens Brasilia, DF, Junho 2009.

[8] Altera Corp. DE2 Development and Education Board, User Manual