基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法

《基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年1月北京航空航天大学学报January2015第41卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．1http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0467基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法姜宏旭+，李辉勇，刘亭杉，段洙毅，张萍(北京航空航天大学计算机学院，北京100191)摘要：为提高机载视频编码系统的数据采

2、集及预处理性能，以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台，研究了多模式机载视频采集、颜色空间转换和视频数据传输的高效处理方法．针对机载应用需要实时采集不同模式视频的特点，设计了一种可靠的视频采集策略，通过引入错误自检机制，可以实时监测视频采集的正确性，避免视频数据的错误积累；针对机载视频颜色空间转换预处理中浮点乘法浪费计算资源和增加系统功耗的问题，设计了一种基于高低位分离的截断式查找表乘法器，减少了存储空间和计算位宽，结合流水线处理技术实现了一种高效视频颜色空间转换方法，在保证计算精度和性能的同时，处理功耗最大

3、降低了27％；针对FPGA处理器与系统核心编码处理器(DSP)之间存在大量视频数据的频繁传输特点，结合SRIO(SerialRapidI／O)链路的传输方式，设计了一种以FPGA为控制核心的数据交互机制，减轻了DSP的处理负担使其专注于视频编码运算，提高系统性能．关键词：视频采集；预处理；低功耗；数据传输；视频编码中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)01-0014．09近年来，无人机在军用和民用领域均获得了广泛应用，其承担的首要任务是通过机载视频编码系统实时获取和处理视频

4、信息并及时传送到地面控制中心⋯．随着光电载荷技术的发展，在视频分辨率不断提高的同时，视频模式也呈多样化发展，除可见光视频外，还有红外、数码相片等旧1．为了适应机载应用的发展，需要高性能多模式视频编码系统的支持，然而机载应用的特殊性要求系统在追求高性能的同时，还要考虑系统的可靠性和低功耗¨1．基于现场可编程门阵列(FPGA)的机载视频采集及预处理系统的主要功能单元包括多模式视频采集、颜色空间转换和视频数据交互传输．多模式视频采集单元是基于CameraLink接口实现机载多模式视频数据的实时采集．文献[4]面向嵌入

5、式系统，选用FPGA基于FIFO(FirstInputFirstOutput)机制解决了CameraLink相机和DM642之间无法直接连接的问题．文献[5]为了完成高清实时视频通信，采用FPGA实现了CameraLink接口的视频采集，可以满足高清视频数据的实时采集．然而这些设计都侧重于CameraLink接口功能的实现，忽略了在视频采集过程中数据错误的控制．目前的研究缺乏对视频采集过程中出现的数据错误进行有效控制，在一定程度上难以保证视频数据的可靠性，尤其是针对机载应用，及时可靠地获取清晰的视频信息显得尤为

6、重要．颜色空间转换预处理单元的主要功能是将视频的颜色空间从RGB转换到YCbCr．机载视频采用CameraLink接口输入，其视频是RGB格式，然而大多数视频编码标准使用YCbCr颜色空收稿日期：2014-04-28；录用日期：2014-08-01：网络出版时间：2014-09—1613：22网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0467．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(61272347)；国家杰出青年科学基金资助项目(6

7、1125206)+通讯作者：姜宏旭(1976一)，男，陕西蓝田人，副教授，jianghx@buaa．edu．en，主要研究方向为视频图像处理与高速嵌人式系统设计．引用格式：姜宏旭，李辉勇，刘亭杉，等．基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41fj)：14-22．JiangHX，LiHY，LiuTS，eta1．MethodforairbornevideocaptureandpreproeessingbasedonFPGA￡j3．JournalofBeijingUniver

8、sityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(J)：14-22(inChinese)．第1期姜宏旭，等：基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法15间旧7。．因此FPGA除了实时采集视频图像数据误视频数据积累，设计了一种自动检错控制器．首外，还要担负颜色空间转换任务．然而颜色空间转先做如下符号定义：换中有多个浮点乘运算，这在FPGA上实现时，往1)