基于FPGA机载实时视频图形处理系统的设计

2．3 DVI视频编解码模块设计
系统的DVI视频解码采用TI公司的DVI解码芯片TFP401实现，该芯片满足DVI1．0规范，最高支持1 600×1 200分辨率，支持24位真彩色视频。另外考虑到机载视频信号源与DVI接收器之间距离较远，长线传输时信号的高频分量比低频分量衰减得更多，因此在DVI输入信号解码前加入均衡器以实现频谱的均衡化，减小信号失真。系统采用美国国家半导体公司的DS16EV5110实现DVI视频信号的频谱均衡化，该芯片可以对DVI视频信号的每一数据通道设定不同的均衡增益，具有高度的灵活性，可以有效减小信号的码间串扰。
系统的DVI视频输出功能采用TI公司的DVI编码芯片TFP410实现，该芯片满足DVI1．0规范，最高支持1 600×1 200分辨率，支持24位真彩色视频。
2．4 PAL视频编解码模块设计
为便于PAL视频信号的长线传输，系统采用差分信号传输PAL视频。由于标准的PAL信号为单端信号，因此系统在PAL信号接收端采用美国AD公司的差分接收放大器AD8130来实现差分PAL信号转换成标准单端PAL信号，而在PAL信号发送端则采用AD公司的高速差分驱动器AD8131实现单端PAL信号转换成差分信号。
系统采用AD公司的PAL解码芯片ADV7184对单端PAL视频信号进行解码，该芯片具有12个模拟输入通道，内置4个10位ADC，实际解码后视频信号支持ITU-R BT．656标准(YCrCb 4：2：2)，经色彩空间转换后R、G、B分量均可达到8位分辨率，即PAL视频解码后可达24位真彩色。
系统采用AD公司的PAL编码芯片ADV7179来实现PAL视频信号的输出，该芯片支持ITU-RBT．656标准的标准数字视频输入，与PAL解码芯片ADV7184实现了很好的兼容，使得系统对PAL信号进行处理较为方便。ADV7179内置3个10位DAC，编码后输出视频支持24位真彩色。
2．5 DDR2视频缓存模块设计
由于系统中需要对输入的视频进行叠加字符及帧速率转换等处理，因此需要对输入的视频数据进行缓存。选择美国Mierosemi公司的DD R2 SDRAM芯片W3H32M72E-400作为视频缓存，该芯片存储容量为256 MByte，传输速率为50 MByte·s-1。
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
在系统运行试验中，XC5VFX70T选取时钟频率200 MHz，屏幕分辨率为1 600×1 200，系统分别对图形生成和视频处理等功能进行了测试，并进行了系统联调。
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。

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。