基于SOPC的列車環(huán)境異物入侵監(jiān)測系統(tǒng)研究

2 視頻圖像采集處理模塊設(shè)計
采集模塊是整個系統(tǒng)非常重要的組成部分，采集質(zhì)量的好壞將直接影響整個系統(tǒng)的識別效果。本系統(tǒng)視頻A／D轉(zhuǎn)換器選用ADV7181B，它能夠自動檢測和轉(zhuǎn)化標準的NTSC、PAL和SECAM制的模擬電視基帶復合信號，輸出4：2：2的符合ITU-R656(國際電信聯(lián)盟的視頻標準)標準的16位／8位復合視頻數(shù)據(jù)，支持6路模擬視頻信號的輸入。ADV7l81B通過I2C總線實現(xiàn)配置，同時能輸出行、場同步信號。ADV718lB輸出的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)通過8位總線TDDATA傳輸給FPGA。FPGA經(jīng)視頻解碼模塊在視頻數(shù)據(jù)中識別出有效數(shù)據(jù)，再根據(jù)系統(tǒng)對圖像精度的要求進行處理，生成三種數(shù)據(jù)圖像，分別有RGB彩色圖像、灰度圖像和二值化圖像，最后將圖像傳送到緩存FIFO中，輸出到NiosⅡCPU。最后由處理器控制將視頻數(shù)據(jù)寫到SDRAM中。圖2是視頻采集處理模塊框圖，其中，彩色圖、灰度圖、二值化圖的數(shù)據(jù)量之比是384：128：1，可根據(jù)實際視頻圖像的需要，選擇不同數(shù)據(jù)量的圖像。

系統(tǒng)內(nèi)各模塊功能簡要描述如下：
1)ITU-R656解碼模塊接收從視頻A／D轉(zhuǎn)換器ADV7181B送來的數(shù)字視頻流，然后對數(shù)字視頻流進行解碼，產(chǎn)生YUV3路視頻信號，識別出行、場同步信號。
2)3個視頻緩存模塊系統(tǒng)各設(shè)計一個FIFO，根據(jù)視頻數(shù)據(jù)的大小，緩沖深度各不相同，用于視頻數(shù)據(jù)的緩存。其中FIFO是使用Altera提供的可參數(shù)化宏功能模塊和LPM函數(shù)進行設(shè)計，具體是通過Mega Wizard Plug-In Manager的GUI向?qū)崿F(xiàn)。
3)I2C配置模塊通過I2C總線對ADV7181B進行初始化配置，選擇產(chǎn)生的數(shù)字視頻格式等。
4)色彩空間轉(zhuǎn)換模塊完成色彩空間由YUV到RGB的轉(zhuǎn)換，使視頻數(shù)據(jù)適合在VGA顯示。色彩空間由YUV到RGB的轉(zhuǎn)換按以下轉(zhuǎn)化公式編寫相應的硬件描述語言。
R=1．0Y+O+1．402(Cr-128)
G=1．0Y-0．344 13(Cb-128)-0．714 14(V-128)
B=1．OY+1．772(Cb-128)