[发明专利]一种基于FPGA的多格式高速数字视频融合系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的多格式高速数字视频融合系统，其特征在于：该系统包括视频输入模块、视频缓存模块、图像处理模块、视频输出模块、通信接口模块和时钟电源管理模块；

视频输入模块将两通道HDMI格式和两通道SDI格式视频数据输入到FPGA经过对应格式解码和色度空间转换预处理后得到RGB视频数据，通过VideointoAXIStreamIP核将四路视频数据分别转换成AXIStream视频流；视频缓存模块采用DDR3存储，该视频缓存模块将视频输入模块中四通道AXIStream视频流数据通过VDMA进行帧缓存处理，VDMA提供了外部存储器DDR3与图像处理模块之间高带宽的直接存储访问，经过帧缓存的四路图像可实现同步读取；图像处理模块实现对经过缓存处理的各通道视频进行图像缩放，通过数据选择控制逻辑实现OSD显存图像和多通道图像融合；视频输出模块将图像处理模块中融合输出的AXIStream视频流经AXIStreamtovideooutIP转换得到RGB数字信号，由VideotimingcontrolIP生成时序信号，同步进行编码处理将视频转化成HDMI格式和LVDS格式，系统采用了IO模拟的方式实现HDMI接口和LVDS接口的功能；通信接口模块支持GPIO、UART通信接口，其中GPIO硬件连接四个控制按键；UART接口用于调试信息打印；时钟电源管理模块为系统提供工作时钟控制；

通过单FPGA架构和内嵌MicroBlaze软核设计实现弹道测量体系的多路各异性图像处理和显控，通过OSD在屏调整高速视频通道的亮度、对比度参数；对多通道视频融合起来进行分析，使相关人员能够第一时间准确地对弹道监控信息进行直观、更便捷分析；

多格式高速数字视频融合系统使用FPGA架构实现；系统预处理单元负责多格式视频的解码和视频数据的色度空间变换，视频处理单元完成视频的降噪、缩放、叠加、缓存，视频编码单元完成对融合后视频的编码，由FPGA内部资源搭建MicroBlaze软核实现对各单元的控制，支持叠加一通道OSD显存图像进行OSD人机交互，实现对系统各通道视频参数的调整，最终输出到高清液晶显示屏进行显示；

多格式高速数字视频融合系统框架采用单FPGA架构，视频输入模块支持两路HDMI接口，两路SDI接口；视频输出模块支持一路LVDS接口输出、一路HDMI接口输出；时钟电源管理模块支持12V输入。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多格式高速数字视频融合系统，其特征在于：在FPGA内部搭建MicroBlaze软核实现对系统各单元的流程控制，四通道高清视频输入到FPGA后首先分别进行解码处理，统一转换为数字RGB视频信号后,进行视频的预处理，然后将各通道视频帧缓存到DDR3，由MicroBlaze软核控制各单元运行逻辑，当各通道均实现一帧缓存后，通过同步控制逻辑即可读出四路视频执行并行的视频算法处理，包括视频降噪、视频缩放、视频叠加，经输出选择控制逻辑后，将处理好的视频在FPGA内部同步编码为HDMI格式和LVDS格式视频信号，输出到高清液晶显示屏进行显示。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多格式高速数字视频融合系统，其特征在于：系统集成了OSD在屏控制功能，OSD单元软件体系框架中，应用层为OSD菜单GUI界面的设计，中间层涉及界面按键消息响应机制，中间层提供相应接口对驱动层做封装，设备驱动层与硬件平台进行交互，当按键被按下，相应实现对OSD菜单的动态刷新。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多格式高速数字视频融合系统，其特征在于：多格式高速数字视频融合系统PS端软件控制程序使用C语言进行实现，视频处理算法逻辑使用Verilog语言进行设计，并在Vivado中进行封装集成，FPGA的PL端与MicroBlaze软核通过AXI总线进行数据和命令的信息交互；系统控制逻辑流程，首先，按照预定参数进行系统的初始化配置，接着对按键操作进行判断，当无按键按下时直接显示输出当前系统配置的内容，当通过按键进行某通道某参数的调整时，逻辑响应按键消息，刷新OSD显存图像，同时将相应参数通过AXI总线传输到PL端各IP寄存器进行实时配置更新；待系统对各通道视频处理模块重新进行参数配置后，实现对多通道视频的动态调整。