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FPGA在高清视频采集卡中的应用

作者:九视视频网 来源:www.xiangb.com 发表时间: 2012-3-23

传统的基于ISA,PCI等总线的图像采集卡已经应用非常广泛,但速度慢、处理功能简单。不同与ASIC,FPGA兼顾了实时性与灵活性,提供可编程软件的能力和专业硬件的处理性能。九视电子T620E 高清视频采集卡,FPGA内实现的5-Tap缩放和运动自适应去隔行技术进一步保障了画质

  高清视频图像信号由于包含有极其丰富的信息,具有通信效率高、便于记录、形象逼真、临场感强等特点,所传送的信息量远远超过其他通信手段,所以得到越来越多的重视。由于通信与消费电子应用的融合,以及包括视频和高端音频在内的高水平内容服务的出现,电影制作,网络摄像,视频播出-远程教学-视频会议、远程音视频通信等网络流媒体技术及其应用对音视频图像信号的采集编码压缩提出了更高的要求。

  20世纪90年代以后,可编程逻辑器件的广泛应用于视频图像采集,视频采集系统是视频采集功能的FPGA(现场可编程门阵列)前端系统,是视频图像处理、应用的前项通道。作为视频采集系统的重要组成部分I2C(Inter Integrated Circuit)总线,早在20世纪80年代由荷兰Philips公司研制开发成功。它是一种简单、双向二线制同步串行总线硬件接口。

  采用可编程器件,通过设计芯片来现系统功能的设计方法能够由设计者定义器件的内部逻辑管脚,视频采集卡将原来由电路板设计完成的太部分工作放在芯片的设计中进行。

  现有一些可编程视频输入处理芯片,通过I2C总线接口协议实现的,解决了设计数字控制电路时所遇到的许多接口问题,大大降低了视频输入处理部分的设计难度。因此,它被广泛应用于视频桌面系统、图像多媒体、数字电视、图像处理、视频电话和音频等领域。

  一般的视频采集与显示方案均需要使用2个DMA通道和2片SDRAM做缓存,近年来,高清视席卷视频市场,传统的模拟摄像机也在寻找新的出路提升图像质量,采用非压缩方案的高清模拟摄像机成为首选。一般来说,非压缩方案的硬件平台有DSP或ASIC或FPGA。它们各有优缺点,FPGA是现场可编程门阵列,兼顾了实时性与灵活性,而且还可以内嵌CPU,因此适合用来做高清视频图像处理。

  可编程视频输入处理芯片作为视频的输入处理部分,用来实现模拟输入视频信号的数字化。系统上电时,FPGA首先从外部配置芯片中读取配置数据,进入工作模式状态。可编程视频输入处理芯片初始化结束后,FPGA等待采集图像的命令,FPGA收到采集命令后,视频信号将进入视频解码器,可编程视频输入处理芯片进行A/D转换,以将模拟信息变成标准的数字图像信息。转换成数字图像数据,然后通过FPGA内部的BURST传输写到SDRAM,在SDRAM内部开辟数据空间作为图像数据缓存用于数据采集和显示,数据可以不间断地采集和显示,通过SDRAM缓存乒乓操作。FPGA输出的视频数据经过编码器编码后形成串行码流,然后经过同轴电缆线传输到具有相应接口的显示器显示。

  兼顾了实时性与灵活性,FPGA芯片具有提供可编程软件的能力和专业硬件的处理性能。另外,FPGA 的外围硬件电路简单, 因而在硬件设计中, 可以大大地减小硬件设计的复杂程度。在视频应用中,FPGA芯片可以在个人电脑平台上提供高达10~100倍的处理能力,比如九视T620E 高清两路DVI/VGA/HDMI音视频采集卡,只需128MB DDR2板载内存即可实现采用256MB/64bit DDR2 内存芯片作为图像缓存T200E VGA视频采集卡的处理能力,传统的基于ISA,PCI等总线的图像采集卡已经应用非常广泛,但速度慢、处理功能简单。不同与ASIC,FPGA兼顾了实时性与灵活性,提供可编程软件的能力和专业硬件的处理性能。九视T620E 高清视频采集卡,FPGA内实现的5-Tap缩放和运动自适应去隔行技术进一步保障了画质,耗用CPU时间的缩放和去隔行等图像处理在FPGA内完成,极大的减少了CPU的负担,同时高效率 DMA传输方式进一步解放了CPU的能力,从而让CPU专注与用户指定的工作。

  FPGA的灵活性极大程度的保护了用户的资产价值,九视高清两路DVI / VGA / HDMI 采集卡耗用CPU时间的缩放和去隔行等图像处理在FPGA内完成,极大的减少了CPU的负担,同时高效率 DMA传输方式进一步解放了CPU的能力,从而让CPU专注与用户指定的工作,通过Firmware/Driver升级的方式不断给用户提供更多的功能和更好的服务。 基于FPGA的解决方案让我们能在最短时间内开发出完整的产品方案,并且便于未来快速提升性能,九视PCIIE接口的高速高清视频采集解决方案,提供一种灵活的、更为现实,而且投入少,见效快方式。还为客户提供各种各样的网上指导资料,包括产品文档、技术和应用文章。




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