基于FPGA的模擬視頻采集器的設計和實現(xiàn)

趙青波

【摘要】本文介紹了視頻模數(shù)轉換芯片TVP5150的特點，以及XilinxXc6slx16FPGA控制TVP5150的硬件接口，著重介紹了Bt656數(shù)據(jù)格式進行解碼和變換，為以后數(shù)字圖像處理打下基礎。

【關鍵詞】Xilinx；TVP5150；BT656；數(shù)字圖像處理；VGA

一、引言

視頻在生活中扮演著越來越重要的角色，各種生活場景下都越來越依賴實時視頻，因此圖像處理和壓縮存儲越來越重要，本文介紹了一種模擬視頻采集的方案，為后續(xù)數(shù)字圖像處理打下基礎。

FPGA高通量的并行性特別適合視頻流的處理，一般的視頻采集卡都是將圖像數(shù)據(jù)回傳到PC上進行處理，這樣不利于實時的高速圖像處理，因此本文設計了一種FPGA直接讀取模擬視頻的方案，通過TVP5150視頻解碼芯片將BT.656格式的數(shù)據(jù)回傳到FPGA中，F(xiàn)PGA通過BT.656內嵌的同步碼解碼圖像數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)字圖像處理。

二、硬件設計

本文以Xilinx公司的Xc6slx16FPGA芯片為主要處理核心，整個系統(tǒng)分為視頻解碼，視頻處理，視頻顯示三大模塊，如圖1所示。

模擬相機通過CVBS將PAL/NTSC模擬視頻信號傳輸?shù)絋VP5150解碼芯片中，TVP5150是TI公司專門的視頻解碼芯片，可以將模擬視頻經過模數(shù)轉換成符合BT.656格式的數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號直接輸入到FPGA芯片中，F(xiàn)PGA作為視頻處理核心，把BT.656格式數(shù)據(jù)解碼分奇偶場圖像合并，然后將YCbCr422轉換到YCbCr444，然后轉換到RGB444進行一系列數(shù)字圖像處理后，發(fā)送到視頻顯示模塊，視頻顯示模塊首先根據(jù)VGA標準將視頻數(shù)據(jù)進行時序生成，然后通過VGA口輸出到顯示器中進行顯示。

三、系統(tǒng)軟件設計

本文所采用的為XilinxFPGA芯片，軟件為ISE14.7，采用Verilog硬件描述語言開發(fā)完成FPGA程序，主要功能為：（1）通過IIC對解碼芯片的初始化配置；（2）BT.656數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)采集；（3）DDR存儲奇場數(shù)據(jù)，然后奇偶場數(shù)據(jù)合并成圖像數(shù)據(jù)；（4）YCbCr422到YCbCr444；（5）圖像數(shù)據(jù)顏色空間的轉換YCbCrRGB；（6）數(shù)字圖像處理（字符疊加，去噪，銳化等）；（7）VGA時序生成。

（一）IIC驅動

IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化，如圖2為IIC完整一次輸出過程。

三、實驗結果

將程序下載到FPGA中，可以通過chipscope軟件可觀測到BT656數(shù)據(jù)，然后通過顯示器可以看到視頻。

四、結語

本文設計了一種通過FPGA和解碼芯片組成的模擬視頻采集器，可以在FPGA內對高速視頻進行處理，然后顯示到顯示器中，最后通過下載到開發(fā)板驗證了設計的有效性。

參考文獻

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