基于FPGA的视频监控系统的设计

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视频监控技术因具有直观、便利、信息内容全面等特点,使其无论是在军事领域还是在民用领域,都有着重大的作用和广阔的应用市场及研究前景。而现场可编程门阵列FPGA(Filed Programmerable Gate Array)以其应用灵活、集成度高、设计周期短、开发成本低的特点,广泛地应用在视频图像监控处理领域。实践证明,FPGA的并行处理能力与流水线作业能显著地提高视频图像处理的速度,因此基于FPGA的视频监控系统已成为一种主流的解决方案。论文首先介绍研究背景,视频监控系统的发展及现状。然后通过方案论证设计出系统框架,包括视频图像采集、存储、处理和VGA显示。本文选取了OmniVision公司的OV7670芯片作为视频采集图像传感器,Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C5F256A7N作为系统主控芯片搭建硬件平台,然后结合视频D/A转换器ADV7123芯片完成VGA视频图像显示,其中还需要搭配两块Samsung公司的SDRAM4M*16bit的K4S641632芯片与FPGA完成图像帧存储及处理部分。具体的实现过程大致如下:采用了OV7670芯片采集实时视频图像,通过SCCB接口将数据送到EP3C5F256A7N中,进行I2C总线配置,使采集芯片工作在预定的模式下;将采集得到的标准RGB格式数据送至SDRAM控制器模块中,通过写时钟控制将RGB数据存在SDRAM中,同时可通过读时钟读出数据;此时是两块SDRAM进行乒乓操作:一路SDRAM接受来自视频采集得到的图像,进行读取,送至FPGA处理,然后写出的数据直接送到本地VGA显示,即实时采集的彩色图像;另一路SDRAM在上一路做写出数据操作时,该SDRAM进行读取;反复如此。整个视频图像处理系统的实现,关键部分是FPGA主控处理模块的程序设计,利用硬件描述语言完成,并在Quartus II软件开发平台和Modelsim软件下完成了系统的程序设计与仿真验证。最后,简单介绍了调试测试过程及检测结果。结果表明,本系统能够完成图像处理和显示功能,并具备以下特点:设计成本低,视频数据处理效率高,实时性效果好,可扩展性强。
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