基于FPGA的实时视频信号处理平台的设计，包括电路图及源代码

1在接收到SRAM1输出的数据之前，先完成寄存器ai 给ai+1的数据赋值操作，另外2组寄存器依次类推。

当输入到SRAM1和SARM2的数据分别满1行时，寄存器组a和b开始接收数据并进行插值滤波，同时输出放大后的数据。SRAM3同时缓冲下一行数据，缓冲结束后新的一行数据开始往SRAM1中缓冲，如此交替循环。根据上述公式滤波R、G、B三个通道之一的插值计算的结果，以寄存器组a为例说明如下：

f_R0 =a₁

f_R1 =5/7 a₂+2/7 a₁

f_R2 =4/7 a₂+3/7 a₁

f_R3 =6/7 a₂+1/7 a₁

f_R4 =1/7 a₃+6/7 a₂

f_R5 =3/7 a₂+4/7 a₁

f_R6 =2/7 a₂+5/7 a₁

为提高计算精确度，可将系数扩大2¹⁰倍后与像素数据进行乘法运算，然后将乘积进行右移10位操作。

图像行数由576放大到768时，放大比例系数可选为4/3，则根据上述公式，用X[n]表示原始行相素数据，用Y[n]表示列放大后行的数据，则放大行的计算公式描述为：

Y[0]=X[0]；

Y[1]=0.25*X[0]+0.75*X[1]；

Y[2]=0.75*X[1]+0.25*X[2]；

Y[3]=X[2]；

在FPGA内部实现上述算法，将X[n]右移2位得到0.25*X[n]，将X[n]右移1位与X[n]右移2位相加得到0.75*X[n]。这样通过移位相加求和代替了乘法器，节省了系统资源并避免了浮点计算带来的舍入误差。

5．系统完成的关键设计

1. 实现了对DDR2存储器的控制，利用一片DDR2中的两个BANK空间作为帧缓存实现图像的帧率提升，将帧率由12Hz提升到60Hz。

2. 采用给定比例的图像放大算法将图像分辨率由736*576放大到1024*768，实现了图像的实时放大。

3. 实现了灰度差分聚焦算法，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，实现图像的自动聚焦。

4. 实现了对光学电机中变倍和聚焦电机的驱动控制，完成了图像的变倍跟踪功能。

5. 建立了视频信号从输入，校正，处理，格式变换，输出，显示的完整平台，在此平台上可以进一步开发各种图像处理应用（如编解码、分析、识别、跟踪等算法）系统。

6．评测与结论

本项目设计的实时视频信号处理平台实现了输入图像的格式转换、帧率提升、色空间转换等功能，并从输入图像的亮度信息中计算当前图像的高频分量，采用爬山搜索策略，实现了图像的自动聚焦，由于对整帧图像计算高频分量，该算法得到的聚焦函数值较好的反映图像的离焦极性，可适应不同的环境，由于FPGA的并行处理能力，本项目设计的变焦控制系统可同时控制变倍电机和聚焦电机，极大提高了变倍跟踪速度。

利用平台中的图像处理部分可实现图像的压缩编码、解码、本地硬盘存储、网络传输等功能，该平台可应用于高分辨率一体化网络摄像机、视频编解码芯片的研发。该平台中前端处理和后端处理模块已在Xilinx XUPV5-LX110T FPGA开发板上验证，并获得了满意的效果。

附录1 图像采集板原理图

1. 图像传感器原理图

附图1

2. H桥驱动电路

附图2

3. 图像采集板与XUPV5-LX110T FPGA开发板接口

附图3

附录2 项目中使用的光学电机

附图4

附录3 图像采集板外观图

附图5

附录4 图像采集板与XUPV5-LX110T FPGA开发板连接外观图

附图6