基于SOPC的視頻采集及預(yù)處理技術(shù).pdf

1、視頻處理的應(yīng)用范圍非常廣泛,主要包括消費(fèi)類電子、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療和視頻會(huì)議等領(lǐng)域。目前視頻處理算法主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn),隨著新需求的提出,如實(shí)時(shí)壓縮高清視頻,即使最為強(qiáng)大的單片DSP芯片也難以實(shí)現(xiàn)。另一方面,FPGA性能優(yōu)越,資源豐富,采用平行處理方式,在視頻處理領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。隨著深亞微米工藝和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,使得一般嵌入式研發(fā)人員利用SOPC技術(shù)構(gòu)建基于單個(gè)芯片的視頻采集及處理系統(tǒng)成為可能。SOPC具有設(shè)計(jì)靈活、可裁剪、

2、可擴(kuò)展、軟硬件在系統(tǒng)可編程等優(yōu)點(diǎn)。而IP核是SOPC的基礎(chǔ)。鑒于此,本文提出設(shè)計(jì)基于PLB總線的視頻預(yù)處理IP核,用戶可以方便地將該IP核添加到視頻采集及處理系統(tǒng)中,用硬件實(shí)現(xiàn)視頻的預(yù)處理算法,達(dá)到硬件加速的目的,大大提高系統(tǒng)的整體性能。
　　 本文首先介紹視頻處理基礎(chǔ)方面的知識(shí),接著詳細(xì)介紹視頻預(yù)處理IP核的硬件邏輯設(shè)計(jì),包括行解碼、4:2:2轉(zhuǎn)4:4:4、YCbCr轉(zhuǎn)RGB、VGA時(shí)序信號(hào)發(fā)生、行緩存和緩存控制邏輯模塊等。特

3、別地,本文以邊緣檢測(cè)作為視頻預(yù)處理算法的一個(gè)實(shí)例,詳細(xì)介紹如何用System Generator工具在Simulink環(huán)境中設(shè)計(jì)LOG濾波器,并進(jìn)行硬件仿真,生成Verilog代碼。最后,設(shè)計(jì)了三種不同的測(cè)試方法。以Xilinx公司大學(xué)計(jì)劃XUP Virtex-Ⅱ Pro開(kāi)發(fā)系統(tǒng)作為視頻預(yù)處理IP核的測(cè)試平臺(tái),測(cè)量視頻預(yù)處理IP核對(duì)-幀分辨率為720×576的工件灰度圖像進(jìn)行邊緣提取所需時(shí)間；及相同條件下在MATLAB和VC++6.0中

4、用軟件的方法實(shí)現(xiàn)所需時(shí)間,并比較、分析測(cè)量所得的數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明,本設(shè)計(jì)的視頻預(yù)處理IP核實(shí)現(xiàn)了視頻預(yù)處理算法的硬件加速,達(dá)到實(shí)時(shí)處理視頻的目的,具有較高的實(shí)用性,將在各種視頻采集及處理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
　　 本設(shè)計(jì)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：⑴相對(duì)于別的以硬件邏輯的形式實(shí)現(xiàn)視頻采集及預(yù)處理,本設(shè)計(jì)提出以IP核的形式實(shí)現(xiàn),以達(dá)到IP復(fù)用的目的。這樣可以提高設(shè)計(jì)能力、節(jié)省研發(fā)人員、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間,更好地利用現(xiàn)有的技術(shù),降低成本。⑵采用新的