基于DSP+FPGA的實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
圖像是自然生物或人造物理的觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)世界的記錄，是以物理為載體，以介質(zhì)來(lái)記錄信息的一種形式。圖像信息是人類認(rèn)識(shí)世界的重要知識(shí)來(lái)源。據(jù)學(xué)者統(tǒng)計(jì)，人類所得的信息有80％以上是來(lái)自眼睛攝取的圖像。而事實(shí)上，這種靜態(tài)的圖像已無(wú)法滿足人們對(duì)視頻信息的要求。隨著人們對(duì)視頻數(shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，高清晰、實(shí)時(shí)性視頻數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，視頻的實(shí)時(shí)處理難度也在逐漸增大。本文給出了一款基于DSP+FPGA的嵌入式實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于關(guān)系公共安全的場(chǎng)所，如銀行、機(jī)場(chǎng)、車站、商場(chǎng)等。

1 實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的視頻采集系統(tǒng)主要有兩種：一種是基于單處理器(單片機(jī)、ARM等)的視頻采集卡，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)時(shí)地對(duì)視頻數(shù)據(jù)完成處理，需要使用外部處理器來(lái)完成特定的視頻處理算法，因而成本高，升級(jí)維護(hù)難度大；另一種是基于主從處理器(ARM+DSP，FPGA+DSP等)的嵌入式視頻采集卡，特點(diǎn)是系統(tǒng)高度集成，易于維護(hù)升級(jí)，可以滿足視頻采集的需求，同時(shí)可以完成特定的視頻算法，成本較低。因此，本文給出了一種基于DSP+FPGA的嵌入式視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)模擬的視頻攝像頭來(lái)獲取視頻信號(hào)，然后采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片SAA71 11A將模擬的PAL制式視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV4：2：2的數(shù)字視頻信號(hào)。設(shè)計(jì)使用FPGA芯片EP1C6Q240C8作為協(xié)處理器，來(lái)完成視頻信號(hào)的緩存和視頻幀的合成，通過(guò)雙RAM的乒乓結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻幀的完整性，并在完成視頻數(shù)據(jù)的預(yù)處理后，將視頻數(shù)據(jù)傳入到DSP中，完成特定的視頻處理算法(如壓縮等)，最后對(duì)處理完的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。同時(shí)，主處理器DSP還負(fù)責(zé)對(duì)視頻采集芯片進(jìn)行初始化配置。其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．1 視頻采集模塊
設(shè)計(jì)一個(gè)視頻采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通常是將外部的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)專用的視頻轉(zhuǎn)換芯片，來(lái)將模擬的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用的是模擬CMOS攝像頭和Philips公司的高性能視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路芯片SAA71 11A。