一種基于HD-SDI技術的高清圖像處理系統設計

　　4 圖像存儲單元

　　圖像處理系統輸入一幀1080P高清圖像的大小為：

　　1 920×1 080×16=33 177 600位=30 Mb

　　選擇了CYPRESS公司CY7C1482V33型號的SRAM作為系統圖像存儲單元，CY7C1482V33存儲空間大小為72 Mb，可配置為2M×36位，4M×18位，1M×72位，能同時存下2幅圖像。CY7C1482V33支持最高達250 MHz的讀寫速度，工作電壓為3.3 V。

　　5 FPGA處理單元

　　FPGA主要完成圖像采集、存儲、輸出顯示管理，與DSP之間進行數據交互以及視頻的像素級處理，是圖像處理系統的核心管理單元，與圖像有關的功能框架模塊大部分都在FPGA中實現。FPGA功能框圖如圖4所示。

　　當數據發送單元傳遞1920×1080像素圖像格式的數據給FPGA后，根據每幀圖像20位YCbCr 4：2：2工作模式的要求將亮度和色度信息分開提取。SRAM是單端口存儲器，在同一時間只能完成讀操作或寫操作，因此在輸入數據進行濾波后，選用了2M×36位的3片SRAM作為一組片外存儲器進行Ping-Pong操作。用輸入SDI圖像的場同步信號生成一個計數器，每一場對SRAM的讀寫切換一次。當需要使用一場圖像信息時，可及時從一個存儲器中讀取。與此同時，連續的圖像數據被存至另一個存儲器中，第3片SRAM則處于DSP讀寫狀態。3片SRAM通過切換，完成一幀圖像的保存、處理和輸出。

　　6 軟件設計

　　系統的軟件主要包括FPGA和DSP兩部分。FPGA負責采集和輸出電視圖像數據，利用FPGA內部的存儲資源，進行字符、十字絲、波門等信息疊加，不僅提高了數據處理速率，而且降低了DSP處理數據時產生幀間延時的可能性。DSP負責通過SPI配置和檢測HD-SDI解碼器，實現視頻模式選擇，并根據檢測結果確定各個芯片當前的工作狀態，此外通過訪問圖像存儲器進行Mean-shift、非對稱多向梯度、質心、相關、電子穩像和航跡預測等算法運算。

　　上電之后，對DSP進行初始化，主要包括片外存儲器、SPI、GPIO、外部中斷的配置。初始化完成之后，通過SPI向GS2971發送開始解碼的指令，向GS2971請求狀態信息，等待GS2971進入到解碼狀態，更新FPGA的采集數據。

　　DSP從圖像存儲器得到圖像數據后，根據背景的復雜程度和上位機命令執行圖像質心、相關跟蹤與航跡預測算法。經過DSP圖像處理后，判斷出鎖定的運動目標，并計算出所跟蹤目標的角坐標值和跟蹤角誤差值，傳遞給上位機進行實時控制。同時把跟蹤目標的位置信息疊加到SRAM內相應的視頻幀，經DVI通道將電視數據送到高清顯示器上顯示。

　　結語

　　HD-SDI既滿足了傳輸高清圖像的要求，又能最大限度保證傳輸過程的實時性，能夠適應當今圖像跟蹤技術的發展。本文設計開發了基于HD-SDI的高清圖像處理系統，與傳統模擬圖像相比大幅度提高了圖像細節質量和跟蹤穩定性，為光電系統提供了新的解決方案。可在光電系統的新發展中得到廣泛應用，具有良好的應用前景。