基于DSP+FPGA的实时视频采集系统设计

0 引言
图像是自然生物或人造物理的观测系统对世界的记录，是以物理为载体，以介质来记录信息的一种形式。图像信息是人类认识世界的重要知识来源。据学者统计，人类所得的信息有80％以上是来自眼睛摄取的图像。而事实上，这种静态的图像已无法满足人们对视频信息的要求。随着人们对视频数据的要求越来越高，高清晰、实时性视频数据量越来越大，视频的实时处理难度也在逐渐增大。本文给出了一款基于DSP+FPGA的嵌入式实时视频采集系统的设计方法，该系统可以广泛应用于关系公共安全的场所，如银行、机场、车站、商场等。

1 实时视频采集系统结构
常见的视频采集系统主要有两种：一种是基于单处理器(单片机、ARM等)的视频采集卡，特点是结构简单，易于实现，缺点是无法实时地对视频数据完成处理，需要使用外部处理器来完成特定的视频处理算法，因而成本高，升级维护难度大；另一种是基于主从处理器(ARM+DSP，FPGA+DSP等)的嵌入式视频采集卡，特点是系统高度集成，易于维护升级，可以满足视频采集的需求，同时可以完成特定的视频算法，成本较低。因此，本文给出了一种基于DSP+FPGA的嵌入式视频采集系统设计方案。其系统结构框图如图1所示。

2 系统硬件设计
本系统的设计思路是通过模拟的视频摄像头来获取视频信号，然后采用模数转换芯片SAA71 11A将模拟的PAL制式视频信号转换为YUV4：2：2的数字视频信号。设计使用FPGA芯片EP1C6Q240C8作为协处理器，来完成视频信号的缓存和视频帧的合成，通过双RAM的乒乓结构来实现视频帧的完整性，并在完成视频数据的预处理后，将视频数据传入到DSP中，完成特定的视频处理算法(如压缩等)，最后对处理完的视频数据进行传输和存储。同时，主处理器DSP还负责对视频采集芯片进行初始化配置。其系统硬件结构如图2所示。

2．1 视频采集模块
设计一个视频采集系统的重要环节，通常是将外部的光信号转换成电信号，然后通过专用的视频转换芯片，来将模拟的视频信号转换为数字视频信号。本设计采用的是模拟CMOS摄像头和Philips公司的高性能视频模数转换集成电路芯片SAA71 11A。