[发明专利]一种实时视频采集系统

权利要求书

1.一种实时视频采集系统，其特征在于：包括中央控制单元和视频图像处理模块，所述中央控制单元以FPGA为整个系统的主控芯片，所述系统分为五个主要模块，包括全局时钟模块、摄像头配置模块、摄像头视频流采集模块、SDRAM存储控制模块和VGA显示控制模块，模块化的理念遵循了FPGA基本原则中的系统原则，所述视频图像处理模块通过Sobel边缘检测对图像数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种实时视频采集系统，其特征在于：所述全局时钟模块为系统的其他功能模块提供所需的时钟，包括OV7725摄像头驱动时钟、SDRAM控制时钟、SDRAM驱动时钟、VGA驱动时钟以及对系统仿真时SignalTaplIIl的采样时钟；所述摄像头配置模块通过串行相机控制总线接口完成对OV7725CMOSSensor内部寄存器的配置，使得图像传感器能够输出预期配置的视频数据；所述摄像头视频流采集模块实时采集摄像头输出的视频信号，并对采集到的视频信号进行同步化设计，最后通过采样和拼接，输出经过处理以后的视频数据；所述SDRAM存储控制模块可以实现从低频域到高频域或者从高频域到低频域的跨时钟域的数据交互，并对产生的视频数据进行缓存；所述VGA显示控制模块用于产生VGA显示器正常工作时需要的时序信号，实现实时视频图像的VGA/LCD显示驱动功能。

3.根据权利要求2所述的一种实时视频采集系统，其特征在于：所述实时视频采集系统的主要流程为：

S1：系统上电后，首先要给OV7725CMOSSensor留出1ms的延时时间，以使图像传感器能够趋于稳定状态；当接收到1ms延时完成信号后，摄像头配置模块通过SCCB总线对OV7725CMOSSensor进行配置，配置完成后会产生一个配置完成信号，这时摄像头已经开始采集视频并输出预期模式的视频流；

S2：摄像头视频流采集模块采集摄像头输出的视频流，并进行采样拼接等相关处理，输出行、场信号和拼接后的RGB565数据；

S3：将RGB565数据送入SDRAM存储控制模块中，在SDRAM存储控制模块中使用了两个DCFIFO存储器，一个是写入数据DCFIFO，一个是读取数据DCFIFO，通过这两个DCFIFO实现了跨时钟域数据的交互，由于视频数据占用的存储空间较大，DCFIFO存储器不够缓存，因此采用大容量的SDRAM作为缓存，并且视频数据在SDRAM中进行乒乓缓存；当WR_DCFIFO中的数据个数大于256个时，请求SDRAM写入；当RD_DCFIFO中的数据小于256个时，请求SDRAM读取；由于VGA接口要求模拟信号，所以将SDRAM中存储的数字视频信号通过视频转换DAC芯片转换成模拟信号，在行、场时序的驱动下，送到VGA显示器中进行显示。

4.根据权利要求1所述的一种实时视频采集系统，其特征在于：所述Sobel边缘检测算法过程具体步骤有：

S1：确立Sobel算子模板，包含横纵向两组3×3运算算子矩阵模板；如下式：

S2：利用水平和垂直方向的矩阵算子与原始图像像素点进行平面卷积分运算，算出X、Y两个方向上的一阶导数梯度值，如下式：

G_x＝f_x(x，y)＝f(x-1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x+1，y+1)-f(x-1，y-1)-2f(x，y-1)-f(x+1，y-1)

G_y＝f_y(x，y)＝f(x+1，y-1)+2f(x+1，y)+f(x+1，y+1)-f(x-1，y-1)-2f(x-1，y)-f(x-1，y+1)；

S3：把计算出的X、Y方向梯度值做平方求和后再开方，得到中心点的梯度值；如下式：

S4：中心点梯度值与设定的阈值互相比较，大于阈值的为边缘点，输出为黑色，小于阈值的为普通点，输出为白色。

5.根据权利要求4所述的一种实时视频采集系统，其特征在于：所述Sobel边缘检测的实现包括缓冲模块、计算卷积模块和门级处理模块；其中，缓冲模块使用基于RAM的移位寄存器altshift_taps，卷积计算模块使用6个可编程乘加器aitmult_add和2个并行加法器parallel_add计算出水平和垂直的梯度值，再通过浮点平方根altfr_sqrt得到中心点值；门级处理模块即阈值的比较。