利用FPGA实现视频监控系统的视频处理

文章摘要：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。实用的IP

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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。

　　实用的IP资源

　　为加快视频监控系统中视频和图像处理算法设计、仿真、实现和验证的进程，Xilinx还提供了丰富的视频IP模块组，其中既包括设计DVR所需的基础的简单算法，也包含高级算法。

　　另外，Xilinx及其合作伙伴还提供了一系列压缩编码、解码和编解码方案，从为需要快速实现设计的客户提供的现货内核，到为希望通过降低比特率来提供更高图像质量、并以此实现产品差异化的客户提供的模块化参考设计和硬件平台。

　　采用Xilinx 的FPGA来完成某些编解码模块中极高强度的处理任务就意味着，产品不但可支持多通道高清编码、节省宝贵的系统处理器周期，而且可通过减少或消除对DSP处理器阵列的要求而真正做到成本削减，并轻松将更多特性和功能(从接口特性到更强大的视频处理功能)集成进系统。最重要的是，FPGA提供的是一种可扩展方案，因此可在同一个系统中支持不同的系统结构、额外通道或新的编解码方案。

　　通过增强系统逻辑和实现新外设，Xilinx FPGA还能进一步降低DVR系统的成本。同时，Xilinx及其合作伙伴还为快速开发视频监控系统提供了以下系统接口：高级存储器接口、PCI Express接口、TI的VLYNQ和 EMIF接口、硬盘接口，以及ITU-R BT656接口。

　　利用Xilinx提供的工具简化设计

　　Xilinx 提供的System Generator for DSP允许在Simulink下用Xilinx 的视频 IP模块组搭建和调试高性能DVR系统。采用System Generator开发和实现视频处理算法可以完成经过彻底验证而且执行简单的设计。

　　Xilinx已开发出多种经过预测试的新的视频IP模块组，我们只需在System Generator中拖放模块就能轻松构建起自己的视频/图像系统。这为开发人员节省了宝贵的时间，使他们无需再用HDL语言编写这些基本模块的代码。

　　为了处理由开发板发往PC机的大量视频数据流，System Generator for DSP还引入了另一种新的高速硬件协同仿真(通过一个以太网接口实现)。该接口可在低延迟下实现高流量，事实证明这在System Generator环境下构建视频/图像系统时非常有用。

　　Xilinx还推出了另一款基于MATLAB语言的设计工具AccelDSP综合工具，这是用于在Xilinx FPGA上设计DSP模块的高级工具。它可以自动完成浮点到定点的转换，产生可综合的VHDL或Verilog代码，并创建一个测试平台用于验证。我们还可以根据一段MATLAB算法生成一个定点的C++模型或System Generator模块。AccelDSP是Xilinx XtremeDSP方案中的关键组件，而Xilinx XtremeDSP则是一套结合了最先进的FPGA、设计工具、IP核和合作伙伴关系以及设计和培训服务的方案。

　　本文小结

　　在一个视频监控系统中，视频信号是通过多台摄像像机产生的。FPGA的作用就是接收来自视频编码器的ITU-R BT656格式数字视频信号并将处理后的视频数据送到监视器上显示和送至数字媒体处理器或DSP中进行压缩，并存储至硬盘。

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