基于FPGA的多路实时视频处理系统设计

视频显示技术发展到21世纪，同时显示多个视频的需求仍然存在，人们需要从单个显示器获得更多、更复杂的信息。因此，人们对图像处理的效率、实时性、功耗以及处理设备的体积也有了更严格的要求［1］。当前常用的嵌入式图像处理平台有ARM（Advanced RISC Machine）、数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）等。ARM平台有较不错的处理能力，配合一系列的开源处理算法，开发比较方便，因此这种方式能够满足部分图像应用场景的需求。但是随着高速处理视频图像需求的增加以及算法的日趋复杂，单靠微处理器已经无法满足实时性处理的要求。DSP是一种专门用于实现快速数字信号处理算法的微处理器，其中有一些固定的运算模块，使得其信号处理的速度优于微处理器，适合操作性强和运算量大的场合，但是由于DSP采用的是串行指令系统，使用起来有诸多限制。ASIC是为专门应用场景下所设计的芯片，虽然在特定使用场景下功耗低、性能强，但是在其他使用场景时需要重新设计，适用性较差。FPGA由于可编程以及并行运算的特性，相比于ASIC虽然功耗较高，但其可无限重复编程［2-5］，因此，采用FPGA作为核心处理器能够满足高分辨率、高帧率等性能需求。

针对传统的实时视频处理系统大多存在分辨率低、控制不灵活、视频处理算法单一、实时性差等问题［6-8］，本文设计了一款具有4通道高速并行处理能力的多路视频实时处理系统，采用高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）的视频作为视频源，经过FPGA处理，最终实现将4路视频任意比例缩放、漫游、叠加融合成一路视频显示。这使得用户可以实时观察真实直观、细节丰富的多路超高清影像数据，也符合市场需求。