實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集的FPGA實(shí)現(xiàn)

摘 要： 介紹一種在工礦監(jiān)視系統(tǒng)中采用FPGA實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和顯示的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)中采用FPGA和視頻解碼器實(shí)現(xiàn)了高速連續(xù)的視頻數(shù)據(jù)采集與處理。處理后的視頻信號(hào)通過VGA格式轉(zhuǎn)換，可以在現(xiàn)場(chǎng)VGA顯示器上觀看，也可以通過鍵控將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。
關(guān)鍵詞： 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；視頻監(jiān)視；數(shù)據(jù)格式；可編程邏輯陣列

視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)存的企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將監(jiān)控范圍內(nèi)所需的視頻、音頻等數(shù)據(jù)以數(shù)字形式通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)和共享，使安全監(jiān)控部門及時(shí)獲得關(guān)于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、具體、直觀的數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)提供一種新的技術(shù)手段。FPGA以其高性能、高可靠性以及現(xiàn)場(chǎng)修改、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字系統(tǒng)單片化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)而日益成為視頻信號(hào)處理領(lǐng)域的熱門技術(shù)。特別是其高速并行處理能力，使其在處理速度、成本、可靠性、開發(fā)周期和擴(kuò)展能力等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
本文設(shè)計(jì)一種用于工礦監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)中由CCD攝像頭采集到模擬視頻信號(hào)，通過視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為PAL制式的數(shù)字視頻信號(hào)，采用FPGA對(duì)其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場(chǎng)使用VGA顯示器進(jìn)行視頻監(jiān)視，在按鍵的控制下可以存儲(chǔ)于硬盤等存儲(chǔ)介質(zhì)中或傳輸至網(wǎng)絡(luò)中。本設(shè)計(jì)以高性能的 FPGA為核心部件，與視頻解碼芯片、SRAM等外圍器件構(gòu)成整個(gè)視頻數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，集采集、存儲(chǔ)、顯示功能于一體，其系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。設(shè)計(jì)中的 FPGA器件采用Altera公司的CycloneII系列EP2C8Q208C8N芯片；視頻解碼芯片選用Philips公司的SAA7113H作為視頻數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件；SRAM采用高速、低功耗8 Mbit的IS61LV51216作為圖像數(shù)據(jù)緩存器。

1 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
一個(gè)完整的成像系統(tǒng)不但要具備圖像信號(hào)采集功能，對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示[1]，而且要完成圖像信號(hào)的分析、處理（如圖像壓縮等）以及圖像處理結(jié)果的反饋等。基于FPGA的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括IIC配置單元、數(shù)據(jù)采集及控制單元、VGA接口單元和壓縮存儲(chǔ)單元等。