基于FPGA的模拟视频采集器的设计和实现

赵青波

【摘要】本文介绍了视频模数转换芯片TVP5150的特点，以及XilinxXc6slx16FPGA控制TVP5150的硬件接口，着重介绍了Bt656数据格式进行解码和变换，为以后数字图像处理打下基础。

【关键词】Xilinx；TVP5150；BT656；数字图像处理；VGA

一、引言

视频在生活中扮演着越来越重要的角色，各种生活场景下都越来越依赖实时视频，因此图像处理和压缩存储越来越重要，本文介绍了一种模拟视频采集的方案，为后续数字图像处理打下基础。

FPGA高通量的并行性特别适合视频流的处理，一般的视频采集卡都是将图像数据回传到PC上进行处理，这样不利于实时的高速图像处理，因此本文设计了一种FPGA直接读取模拟视频的方案，通过TVP5150视频解码芯片将BT.656格式的数据回传到FPGA中，FPGA通过BT.656内嵌的同步码解码图像数据，然后进行数字图像处理。

二、硬件设计

本文以Xilinx公司的Xc6slx16FPGA芯片为主要处理核心，整个系统分为视频解码，视频处理，视频显示三大模块，如图1所示。

模拟相机通过CVBS将PAL/NTSC模拟视频信号传输到TVP5150解码芯片中，TVP5150是TI公司专门的视频解码芯片，可以将模拟视频经过模数转换成符合BT.656格式的数字信号，然后将数字信号直接输入到FPGA芯片中，FPGA作为视频处理核心，把BT.656格式数据解码分奇偶场图像合并，然后将YCbCr422转换到YCbCr444，然后转换到RGB444进行一系列数字图像处理后，发送到视频显示模块，视频显示模块首先根据VGA标准将视频数据进行时序生成，然后通过VGA口输出到显示器中进行显示。

三、系统软件设计

本文所采用的为XilinxFPGA芯片，软件为ISE14.7，采用Verilog硬件描述语言开发完成FPGA程序，主要功能为：（1）通过IIC对解码芯片的初始化配置；（2）BT.656数据格式数据采集；（3）DDR存储奇场数据，然后奇偶场数据合并成图像数据；（4）YCbCr422到YCbCr444；（5）图像数据颜色空间的转换YCbCrRGB；（6）数字图像处理（字符叠加，去噪，锐化等）；（7）VGA时序生成。

（一）IIC驱动

IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，如图2为IIC完整一次输出过程。

三、实验结果

将程序下载到FPGA中，可以通过chipscope软件可观测到BT656数据，然后通过显示器可以看到视频。

四、结语

本文设计了一种通过FPGA和解码芯片组成的模拟视频采集器，可以在FPGA内对高速视频进行处理，然后显示到显示器中，最后通过下载到开发板验证了设计的有效性。

参考文献

[1]任帥.基于FPGA的TVP5150的视频解码模块[J].科技创新导报，2014（06）.

[2]王一程，陶会峰.基于FPGA的模拟视频采集卡的设计[J].现代计算机，2015（33）.

[3]赵鸿章，数字视频处理[M].北京：北京师范大学出版社，2009.