本实用新型属于视频信号采集技术领域，特别涉及一种基于FPGA的可采集多类视频信号的嵌入式视频采集卡。
背景技术：
目前，随着现代工业生产和安全监控技术的发展，计算机技术引入视频采集、视频处理领域，用计算机处理视频信息和用数字传输视频数据在很多领域已有广泛的应用，在我们的飞机试飞中也被大量的应用。
视频图像采集的方法较多，基本可分为2大类：数字信号采集和模拟信号采集。在实际应用中，视频采集卡的高清应用趋势越来越明显，行业应用范围也日趋广泛。一般视频采集卡的接口包括与被采视频设备的接口和视频采集卡与PC机的数据及命令控制接口。现在市场上的PC视频采集卡通常采用32位的PCI总线接口，通过将其插到PC机主板的扩展槽中，以实现采集卡与PC机的通讯与数据传输，PCI总线是并行数据总线，32位的总线接口传输速度大约在264MB/S，该带宽无法满足1080p@60的传输要求，且并行总线的方式会加大PCB板的设计难度。另一方面，现有采集卡一般只针对一种格式的视频源进行设计，不能在一张采集卡上兼顾当下几种流行的视频接口进行采集和处理，在使用切换时很不方便。
技术实现要素：
【要解决的技术问题】
本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的可采集多类视频信号的嵌入式 视频采集卡，以实现不同视频接口信号的采集和处理。
【技术方案】
本实用新型是通过以下技术方案实现的。
本实用新型涉及一种基于FPGA的可采集多类视频信号的嵌入式视频采集卡，包括DSP单元、FPGA单元、单片机、视频接口和视频采集模块，所述DSP单元分别与FPGA单元、单片机连接，所述FPGA单元与单片机连接，所述视频接口包括VGA接口、DVI接口和PAL接口，所述视频采集模块包括VGA信号采集模块、DVI信号采集模块和PAL信号采集模块，所述VGA信号采集模块分别与VGA接口和FPGA单元连接，所述DVI信号采集模块分别与DVI接口和FPGA单元连接，所述PAL信号采集模块分别与PAL接口和FPGA单元连接。
作为一种优选的实施方式，所述DSP单元包括视频压缩子单元。
作为另一种优选的实施方式，所述FPGA单元包括视频格式转化子单元、视频镜像子单元、视频裁剪子单元、视频翻转子单元、视频亮度调节子单元、视频对比度调节子单元、视频时标叠加子单元、PCI-E通信子单元。
作为另一种优选的实施方式，所述单片机包括上电管理子单元、复位管理子单元、BIT自检子单元、动态加载子单元。
作为另一种优选的实施方式，所述FPGA单元包含2个PCI-E接口，其中一个PCI-E接口与DSP单元连接，另一个PCI-E接口与PC机连接。
作为另一种优选的实施方式，所述VGA信号采集模块采用2片TVP7002芯片实现2通道数据采集。
作为另一种优选的实施方式，所述DVI信号采集模块采用2片TFP401A芯片实现2通道数据采集。
作为另一种优选的实施方式，所述PAL信号采集模块采用2片TVP5154A芯片实现4通道数据采集。
作为另一种优选的实施方式，所述DSP单元采用TI公司的TMS320DM8168。
【有益效果】
本实用新型提出的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型提供的视频采集卡实现了三种不同视频接口信号(PAL、DVI、VGA)的采集和处理，采集后的信号通过PCI-E接口传输至PC机，因此本实用新型在单板上实现了多接口多通道的视频采集处理，在采集不同视频接口的信号时能够方便快捷的切换，无需在PC机中安装不同接口的视频采集卡，节约硬件成本的同时降低了使用功耗。
附图说明
图1为本实用新型的实施例一提供的基于FPGA的可采集多类视频信号的嵌入式视频采集卡的结构原理框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
图1为本实用新型实施例一提供的基于FPGA的可采集多类视频信号的嵌入式视频采集卡的结构原理框图。如图1所示，该嵌入式视频采集卡包括DSP单元、FPGA单元、单片机、视频接口和视频采集模块，DSP单元分别与FPGA单元、单片机连接，FPGA单元与单片机连接，视频接口包括VGA接口、DVI接口和PAL接口，视频采集模块包括VGA信号采集模块、DVI信号采集模块和PAL信号采集模块，VGA信号采集模块分别与VGA接口和FPGA单元连接， DVI信号采集模块分别与DVI接口和FPGA单元连接，PAL信号采集模块分别与PAL接口和FPGA单元连接。
DSP单元分别与FPGA单元、单片机连接，其中DSP单元与FPGA单元通过PCI-E总线通信。FPGA单元与单片机连接。VGA信号采集模块分别与VGA接口和FPGA单元连接，DVI信号采集模块分别与DVI接口和FPGA单元连接，PAL信号采集模块分别与PAL接口和FPGA单元连接。
本实施例中，DSP单元用于实现视频压缩，其包括视频压缩子单元。具体地，DSP单元采用TI公司的TMS320DM8168。TMS320DM8168为TI的高性能DMsoc,其中包含1个C674x主频为1GHz，1个Cotex-A8主频为1.2GHz，3个HDVICP频率为600MHz。CPU具有强大的数据处理能力并包含大量的外设资源。
本实施例中，FPGA单元包括视频格式转化子单元、视频镜像子单元、视频裁剪子单元、视频翻转子单元、视频亮度调节子单元、视频对比度调节子单元、视频时标叠加子单元和PCI-E通信子单元，用于实现视频格式转化、视频镜像、视频裁剪、视频翻转、视频亮度调节、视频对比度调节、视频时标叠加、PCI-E通信。
本实施例中，单片机包括上电管理子单元、复位管理子单元、BIT自检子单元、动态加载子单元，用于实现上电管理单元、复位管理、BIT自检、动态加载。
本实施例中，VGA信号采集模块采用TVP7002芯片实现，TVP7002是TI的一款高清视频解码芯片，内含3路10bit A/D，处理速度高达165MHz，支持各种分量输入视频标准，如480i/p，576i/p，720p，1080i/p；支持最高UXGA(1 600×1 200)分辨率的PC图像信号输入。输出信号支持RGB或者YCbCr颜色空间，支持RGB/YCbCr 4∶4∶4和YCbCr 4∶2∶2的输出模式。芯片的工作模式通过 I2C总线对其内部寄存器编程实现。该芯片支持RGB888或灰度(GRAY888)模式采集；输入接口包含R、G、B、HS、VS信号，支持3线制和5线制。本实施例通过1片TVP7002芯片实现2路信号采集，采集后的信号通过FPGA单元和DSP单元的处理。与VGA信号采集模块连接的VGA接口输入支持3线制和5线制，DVI信号采集模块支持RGB888或灰度(GRAY888)模式采集，可同时采集2路信号并显示。
本实施例中，DVI信号采集模块采用TFP401A芯片实现，TFP401A芯片是TI公司PanelBus平板显示产品系列中的一种TDMS信号接收芯片，它采用先进的0.18μm EPIC-5TMCMOS处理工艺，使用1.8V核心电压和3.3V I/O电压，具有低噪声和低功耗特性，其PowerPADTM封装技术可保证芯片工作的热稳定性，可以应用于其它高速数字视频应用场合。该芯片支持单色采集模式(黑白摄像机)。本实施例通过2片TFP401A芯片可以实现2路信号采集，采集后的信号通过FPGA单元和DSP单元的处理。与DVI信号采集模块连接的DVI接口支持2路信号输入，DVI信号采集模块支持单色采集模式，可同时采集2路信号并显示。
本实施例中，PAL信号采集模块采用TVP5154A芯片实现，TVP5154A是TI的4通道低功耗视频解码器，集成了4个独立的H/V换算器,能够将NTSC、PAL及SECAM等格式转换为数字视频输出流8bit ITU-R BT.656格式,采用4个专用I2C地址，从而使单个I2C总线能够连接多达4个TVP5154器件(16个视频通道)。TVP5154支持快速锁定模式，使解码器能够转换不超过2.5场视频输入,在输入转换过程中，当前输入的增益与失调设置被存储起来，从而提高了锁定速度，延长了自动增益控制的收敛时间。稳定的同步输出特性在有源视频的情况下可支持固定的线路数量，从而确保了稳定的输出信号。该芯片支持PAL 视频采集。另外，本实施例中的PAL接口包含4路单端接口和2路差分接口，通过2片TVP5154A芯片实现6路信号采集，采集得到的信号通过FPGA单元和DSP单元处理，需要说明，差分接口输入的2路模拟差分信号需要使用LT6552IS8转换为单端信号，然后与TVP5154A芯片的模拟输入端口连接。
本实施例中，FPGA单元的一路PCI-E接口与PC机连接。通过PCI-E总线，FPGA单元将采集到的非压缩视频数据信号发送至PC机。
本实施例中，FPGA单元的另一路PCI-E接口与DSP单元连接。通过PCI-E总线，DSP单元将压缩后的视频信号发送至FPGA，由FPGA转发至PC机。
从以上实施例可以看出，本实用新型实施例提供的视频采集卡实现了三种不同视频接口信号(PAL、DVI、VGA)的采集和处理，采集后的信号通过PCI-E接口传输至PC机，因此本实用新型在单板上实现了多接口多通道的视频采集处理，在采集不同视频接口的信号时能够方便快捷的切换，无需在PC机中安装不同接口的视频采集卡，节约硬件成本的同时降低了使用功耗。
需要说明，以上描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本实用新型的限制。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。