[实用新型]一种基于FPGA的高清视频采集系统

说明书

本实用新型公开了一种基于FPGA的高清视频采集系统，包含视频采集模块、FPGA主控模块、数据缓存模块、HDMI接口电路，所述FPGA主控模块包含摄像头控制模块、逻辑控制单元、HDMI接口芯片控制单元、DDR3‑SDRAM缓存控制单元，以及供电电路、复位电路、晶振电路、下载电路和配置SPI Flash电路，系统以OminiVision公司的500万像素级别CMOS图像传感器OV5640为前端采集摄像头，以Xilinx公司Spartan6系列FPGA作为主控芯片，以4 Gbit容量DDR3‑SDRAM作为缓存芯片，再结合MCB硬核、MIG IP核以及乒乓操作，实现视频数据的高效缓存；同时以Silion Image公司的SiI9134为HDMI芯片，能有效支持全高清视频。

技术领域

本实用新型属于数据采集控制领域，尤其涉及一种基于FPGA的多通道同步实时高速数据采集系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，数字图像采集及其传输技术在视频监控、信息处理、工业控制和科学研究等领域的应用日益广泛，这些应用对系统的采集、传输速度提出了越来越高的要求。微纳电子技术的进步和电子设计水平的进步，大大加快了高速CMOS图像采集系统的发展，特别是在高帧率、高分辨率等方面的性能提升非常明显，这也将不可避免地导致数据量增加。这就要求数据采集系统具备快速读取数据的能力，使系统能够在最短的时间内处理大量数据，同时将数据传递给主机显示或进行后续处理。自从1994年提出的第一个USB接口技术概念以来，USB总线接口技术已经历了USB 1.0，USB 1.x，USB 2.0以及USB3.0等版本，现已成为手机、平板电脑、个人PC等设备的标准接口。USB3.0串行通用总线以其传输速率快、使用方便、即插即用、支持热插拔等特点广泛应用于各种领域。USB 3.0接口（理论传输速率5Gbps）已经部分替代USB2.0作为计算机主板的标准接口，并且USB接口总线在不断发展的新旧版本中也保留了良好的向后兼容性，这也是其应用广泛的原因之一

随着视频显示技术的发展，视频信号从之前的标清发展到高清，再发展到全高清，其分辨越来越高，数据量也成倍增加，这就推进了显示接口技术的高速发展，显示接口技术经过了一个从模拟到数字、从并行到串行、低速到高速的发展过程。HDMI接口是最新的高清晰度多媒体接口，与DVI接口相比，其尺寸更小，带宽更大，传输距离更远，支持的分辨率更高，不仅能够传输视频信号，还能传输音频信号，且具备版权保护功能。HDMI接口已成为液晶显示器、平板带脑、笔记本电脑等设备的标准接口之一，得到了广泛应用。

随着科学技术的快速发展，数据采集系统已广泛应用于航天、军事、工业、医疗等各个领域，尤其在高精度产品的检测和监控项目中发挥着至关重要的作用。在实际工程应用中，要求采集系统具有高速率、高精度、实时处理、系统稳定性好和通道数量多等特点。但是，传统的数据采集方案多数以ARM处理器(Advanced RISC Machine，ARM)或数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)作为控制核心，并不能有效解决高速数据采集处理中实时性和同步性的技术难题。

与DSP和ARM相比，FPGA在数据采集领域有着极其重要的地位。FPGA具有时钟频率高、内部延时小、纯硬件并行控制、运算速度快、编程配置灵活、开发周期短、抗干扰能力强、内部资源丰富等优点，非常适用于实时高速数据采集。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对传统数据采集处理系统不能有效地实现数据在传输和存储过程中的同步性、实时性问题，本发明公开型一种全高清视频采集显示系统，系统以OminiVision公司的500万像素级别CMOS图像传感器OV5640为前端采集摄像头，以Xilinx公司Spartan6系列FPGA作为主控芯片，以4 Gbit容量DDR3-SDRAM作为缓存芯片，再结合MCB硬核、MIG IP核以及乒乓操作，实现视频数据的高效缓存；同时以SilionImage公司的SiI9134为HDMI芯片，能有效支持全高清视频。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案