文档介绍：第二届开放源代码硬件与嵌入式大赛参赛项目报告
题目:实时视频信号处理平台的设计(原题目:PAL-VGA格式转换器的设计)
学校: 太原理工大学
指导教师:
参赛队成员名单:
张博博士研究生
李诚本科生
刘剑本科生
刘鑫本科生
实时视频信号处理平台的设计
摘要:介绍了一种实时视频信号处理平台的设计,该系统接收低帧率数字YCbCr视频信号,利用一片DDR2 SDRAM存储器作为帧缓存,对接收的视频信号进行格式转换、帧率提升、图像放大、色空间转换,使输入的视频信号可以在VGA显示器上实时显示;并研究了一体化摄像机光学镜头中变倍电机和聚焦电机的控制原理,实现了步进电机初始位置检测、图像变倍时变倍电机与聚焦电机的配合驱动,为了适应不同物距变倍跟踪,实现了灰度差分自动聚焦算法,实时计算当前帧图像的聚焦评价函数值,采用爬山搜索策略实现对聚焦电机的控制,使当前图像的聚焦函数值最大,实现图像的自动聚焦。整个设计采用VHDL语言实现,在Xilinx XUPV5-LX110T FPGA开发板上验证。利用该平台还可实现图像的压缩编码、解码、本地存储及以太网传输等功能。
关键词:视频处理;DDR2 SDRAM;帧率提升;自动聚焦;FPGA;一体化摄像机
The Design of Real-time Video Processing Platform
Abstract: The paper introduces the design of a kind of real-time video processing platform. The system receives digital YCbCr video signal. Utilizing a piece of DDR2 SDRAM as frame buffer, the video processor realizes the function of format conversion, frame up-scaling and color space conversion. The paper realizes the gray scale differential auto-focus algorithm and calculates the focus value of the current image real-timely. We apply the mountain climbing searching strategy to control the moving of the focus motor, and realize the auto-focusing of image. The whole design is realized in VHDL and verified with Xilinx XUPV5-LX110T FPGA developing board. The platform will also realize pressing and coding, de-coding, local saving, transmission and other functions.
Key words: Video Processing; DDR2 SDRAM; Frame Up-scaling; Auto-focusing; FPGA; Integrated Camera
1. 引言
随着半导体技术的发展,图像传感器的分辨率有了很大提高,但由于处理数据量巨大,图像传感器输出高分辨率图像时帧率一般较低,其输出图像不能直接在VGA显示器上显示。为了使高分辨率图像传感器采集的图像在VGA显示器上实时显示,需要对其输出的图像进行帧率提升、色空间转换等后端处理。目前,市场上常用的视频处理芯片有PixelWorks公司的PW1226、Tvia公司的TrueView5725、Averlogic公司的AL250、威斯达公司的WSC2000等。采用上述视频处理芯片可实现视频图像的帧率提升、图像增强等功能,但由于其功能固定,不能适用于一些特殊应用场合,如图像存储、自动聚焦等。
一体化摄像机指内置光学镜头,具有变倍、自动聚焦功能的摄像机,其结构小巧、使用方便、监控范围广,已广泛应用在教学视频展台、视频监控等领域。变焦控制可实现图像的变倍、自动聚焦,是一体化摄像机中的关键技术之一。步进电机可将电脉冲信号转换成角位移,每接收一个脉冲信号就可驱动步进电机转动一个固定角度,实现物体的准确定位,通过控制脉冲的频率可控制电机转动的速度,步进电机已广泛应用于高精度控制系统中。一体化摄像机光学镜头中包含变倍步进电机与聚焦步进电机,变倍电机转动时,为使图像聚焦清