基于FPGA的模擬視頻采集器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

趙青波

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

【關(guān)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(lái)越重要的角色，各種生活場(chǎng)景下都越來(lái)越依賴(lài)實(shí)時(shí)視頻，因此圖像處理和壓縮存儲(chǔ)越來(lái)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(chǔ)。

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(jìn)行處理，這樣不利于實(shí)時(shí)的高速圖像處理，因此本文設(shè)計(jì)了一種FPGA直接讀取模擬視頻的方案，通過(guò)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(guò)BT.656內(nèi)嵌的同步碼解碼圖像數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)字圖像處理。

二、硬件設(shè)計(jì)

本文以Xilinx公司的Xc6slx16FPGA芯片為主要處理核心，整個(gè)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(jī)通過(guò)CVBS將PAL/NTSC模擬視頻信號(hào)傳輸?shù)絋VP5150解碼芯片中，TVP5150是TI公司專(zhuān)門(mén)的視頻解碼芯片，可以將模擬視頻經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成符合BT.656格式的數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)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(chǎng)圖像合并，然后將YCbCr422轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr444，然后轉(zhuǎn)換到RGB444進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序生成，然后通過(guò)VGA口輸出到顯示器中進(jìn)行顯示。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文所采用的為XilinxFPGA芯片，軟件為ISE14.7，采用Verilog硬件描述語(yǔ)言開(kāi)發(fā)完成FPGA程序，主要功能為：（1）通過(guò)IIC對(duì)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(chǔ)奇場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后奇偶場(chǎng)數(shù)據(jù)合并成圖像數(shù)據(jù)；（4）YCbCr422到Y(jié)CbCr444；（5）圖像數(shù)據(jù)顏色空間的轉(zhuǎn)換YCbCrRGB；（6）數(shù)字圖像處理（字符疊加，去噪，銳化等）；（7）VGA時(shí)序生成。

（一）IIC驅(qū)動(dòng)

IIC總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線(xiàn)上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線(xiàn)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(guò)程。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

四、結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種通過(guò)FPGA和解碼芯片組成的模擬視頻采集器，可以在FPGA內(nèi)對(duì)高速視頻進(jìn)行處理，然后顯示到顯示器中，最后通過(guò)下載到開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。

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