實時視頻數據采集的FPGA實現

摘 要： 介紹一種在工礦監視系統中采用FPGA實現視頻數據實時采集和顯示的設計方案。系統中采用FPGA和視頻解碼器實現了高速連續的視頻數據采集與處理。處理后的視頻信號通過VGA格式轉換，可以在現場VGA顯示器上觀看，也可以通過鍵控將數據存儲在存儲介質中，從而實現了實時視頻監視。
關鍵詞： 實時數據采集；視頻監視；數據格式；可編程邏輯陣列

視頻監控系統利用現存的企業計算機網絡平臺，將監控范圍內所需的視頻、音頻等數據以數字形式通過網絡進行傳輸、存儲和共享，使安全監控部門及時獲得關于監控現場實時、準確、具體、直觀的數據，為安全生產提供一種新的技術手段。FPGA以其高性能、高可靠性以及現場修改、現場驗證、現場實現的數字系統單片化的應用優勢而日益成為視頻信號處理領域的熱門技術。特別是其高速并行處理能力，使其在處理速度、成本、可靠性、開發周期和擴展能力等方面具有明顯的優勢。
本文設計一種用于工礦監控系統的實時視頻數據采集系統，系統中由CCD攝像頭采集到模擬視頻信號，通過視頻解碼芯片轉換為PAL制式的數字視頻信號，采用FPGA對其進行格式轉換，在現場使用VGA顯示器進行視頻監視，在按鍵的控制下可以存儲于硬盤等存儲介質中或傳輸至網絡中。本設計以高性能的 FPGA為核心部件，與視頻解碼芯片、SRAM等外圍器件構成整個視頻數據處理系統，集采集、存儲、顯示功能于一體，其系統總體框圖如圖1所示。設計中的 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作為視頻數據的模數轉換器件；SRAM采用高速、低功耗8 Mbit的IS61LV51216作為圖像數據緩存器。

1 實時視頻監視系統的結構
一個完整的成像系統不但要具備圖像信號采集功能，對圖像進行實時顯示[1]，而且要完成圖像信號的分析、處理（如圖像壓縮等）以及圖像處理結果的反饋等。基于FPGA的實時視頻監視系統的結構如圖2所示，主要包括IIC配置單元、數據采集及控制單元、VGA接口單元和壓縮存儲單元等。