利用FPGA实现视频监控系统的视频处理

2008-11-01 19:42:12 来源：与非网

关键字： FPGA 视频监控系统 视频处理 DSP

PC扩展卡形式的DVR系统

       PCI总线在PC机上已成功应用了10余年。但今天的PC扩展卡DVR系统所要求的带宽已远远超出了PCI总线所能提供的极限。

       未压缩的视频(在除去空白帧之后)数据率约为165 Mbps。于是，当PCI总带宽为1 Gbps时，一条PCI总线上最多可同时连接6个发送未压缩视频的捕捉或回放设备。为降低总线带宽的占用，可以在扩展卡上采用一块MPEG4或 CODEC芯片组，但这样会提高成本，而且可选器件也局限于现有的MPEG4芯片组。

       PCI Express (PCIe)技术在流量上有了很大提高。PCI Express可以细分为多个通道，每个通道在出和入上均包含一对差分对，每对差分对支持2 Gbps的数据流量。一块主板上的每个PCIe插槽都有自己的通道，这些通道是不与其他插槽共享的。每个插槽可配置为16通道(即x16)、8通道(x8) 、4 通道 (x4)或 1通道 (x1)。因此，每块采用PCIe总线的扩展卡可提供的数据流量从2 Gbps(配置为x1通道时)到32 Gbps(配置为x16通道时)。PCIe所支持的高数据流量让我们不再只局限于每卡连接6通道的未压缩视频。

        采用图1所示的设计，我们就能用PC机代替数字媒体处理器，并将视频流通过PCIe总线送入PC机，从而快速轻松地实现一套PC扩展卡DVR系统。视频模数转换器产生4个独立的数字ITU-R BT656流，然后将其送入一个低成本的Spartan-3器件进行预处理。这块FPGA将视频数据中的空白和同步去除，并将其打成适合PCIe的数据包，然后将其送入Xilinx PCIe内核。接着由软件接收、显示和处理输入的视频，或将其存储到磁盘中。图3就是这样一个PC扩展卡视频监控系统。 



                                图3：PC扩展卡视频监控系统

Xilinx的视频和图象处理算法

         Xilinx 的FPGA是十分理想的实时数字视频、图象处理和滤波平台，其功能从多相视频转换器、两维FIR滤波器、屏幕显示，到覆盖(overlay)和α混合等简单效果甚至格式和色域转换等。表1列出了一些常用视频IP模块组的应用指南。 

                                                             表1：视频IP模块组应用指南

        Xilinx FPGA无与伦比的DSP处理能力意味着它可以支持非常高的分辨率(甚至是1080p的图像质量)，同时减小大型DSP阵列的尺寸。此外，Xilinx FPGA还是可重复编程的硬件，因此很容易对基于硬件的高性能新视频和图像算法进行试验，从而直接成就最终产品的独特性。

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