实时视频数据采集的FPGA实现

摘 要： 介绍一种在工矿监视系统中采用FPGA实现视频数据实时采集和显示的设计方案。系统中采用FPGA和视频解码器实现了高速连续的视频数据采集与处理。处理后的视频信号通过VGA格式转换，可以在现场VGA显示器上观看，也可以通过键控将数据存储在存储介质中，从而实现了实时视频监视。
关键词： 实时数据采集；视频监视；数据格式；可编程逻辑阵列

视频监控系统利用现存的企业计算机网络平台，将监控范围内所需的视频、音频等数据以数字形式通过网络进行传输、存储和共享，使安全监控部门及时获得关于监控现场实时、准确、具体、直观的数据，为安全生产提供一种新的技术手段。FPGA以其高性能、高可靠性以及现场修改、现场验证、现场实现的数字系统单片化的应用优势而日益成为视频信号处理领域的热门技术。特别是其高速并行处理能力，使其在处理速度、成本、可靠性、开发周期和扩展能力等方面具有明显的优势。
本文设计一种用于工矿监控系统的实时视频数据采集系统，系统中由CCD摄像头采集到模拟视频信号，通过视频解码芯片转换为PAL制式的数字视频信号，采用FPGA对其进行格式转换，在现场使用VGA显示器进行视频监视，在按键的控制下可以存储于硬盘等存储介质中或传输至网络中。本设计以高性能的 FPGA为核心部件，与视频解码芯片、SRAM等外围器件构成整个视频数据处理系统，集采集、存储、显示功能于一体，其系统总体框图如图1所示。设计中的 FPGA器件采用Altera公司的CycloneII系列EP2C8Q208C8N芯片；视频解码芯片选用Philips公司的SAA7113H作为视频数据的模数转换器件；SRAM采用高速、低功耗8 Mbit的IS61LV51216作为图像数据缓存器。

1 实时视频监视系统的结构
一个完整的成像系统不但要具备图像信号采集功能，对图像进行实时显示[1]，而且要完成图像信号的分析、处理（如图像压缩等）以及图像处理结果的反馈等。基于FPGA的实时视频监视系统的结构如图2所示，主要包括IIC配置单元、数据采集及控制单元、VGA接口单元和压缩存储单元等。