以FPGA机载为核心的实时视频图形处理系统设计

以FPGA机载为核心的实时视频图形处理系统设计

1 系统概况

1.1 系统需求

1.2 总体方案设计

2 系统硬件模块设计

2.1 硬件整体架构

图1 系统硬件框图

2.2 视频流图

图2 系统视频流向图

2.3 DVI视频编解码模块设计

2.4 PAL视频编解码模块设计

2.5 DDR2视频缓存模块设计

系统中需要处理的视频最高分辨率为1 600×1 200，因此一帧视频数据包含1 920 000个数据点，即大约2×106个数据点，而每个数据点占2 Byte存储空间，即一帧视频约占4 MByte存储空间。一片视频缓存芯片最少可存储64帧视频数据，满足一般的帧速率转换算法的存储空间需求。系统所选DDR2芯片的传输速率为50 MByte·s-1，因此视频最高传输速率为50×64/4=800帧·s-1.而系统中视频的最高刷新率为60 Hz，视频的最高传输速率已远大于输出视频的最高显示帧速率，符合系统的实时性要求。

3 测试结果及分析

在图形生成测试中，测试结果图如图3所示，图中分别显示了反走样直线、圆弧、圆和天地球，天地球上显示了一个直立字符和一个旋转字符，生成该幅画面共耗时984.6 μs，其中读写DDR2耗时862.7μs.当屏幕刷新率为60 Hz时，一幅画面允许的生成时间为16.7 ms，图形生成满足系统的实时性要求。

图3 图形生成测试结果图

在视频解码、处理、编码测试过程中，一帧视频的处理时间最长不超过3 ms，肉眼观察各种格式的视频输出时无明显时延，符合系统的实时性要求。在系统联调中，系统能输出叠加各种高像素符号图形的高清视频，输出分辨率可达1 600×1 200，输出视频场频可达60帧·s-1，输出视频质量高而流畅，无明显的干扰和延迟。

4 结束语

文中给出了基于FPGA的某机载实时视频图形处理系统的硬件电路总体设计方案，并详细论证了系统中DVI视频编解码模块，PAL视频编解码模块以及DDR2视频缓存模块的硬件实现方法。系统选用了多种新型芯片，构建了一个灵活、简洁、可靠的硬件平台，实现了对DVI、PAL等多种制式的视频的解码，实时处理和编码输出，并且具有较强的扩展性。系统测试结果表明，系统支持1 600×1 200分辨率，60帧·s-1刷新率，24位真彩色高清视频的流畅处理，对1帧视频的处理时间最长不超过3 ms，能够有效提高机载视频图形的处理速度，具有良好的应用价值。

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