基于ZYNQ FPGA实现图像采集存储显示

1 FPGA硬件系统设计
基于ZYNQ FPGA实现图像数据采集、存储、处理和显示系统框图如图1所示。说明：2路摄像头采集系统，4种显示方案，原始数据显示2路，经过算法处理2路。

图1 系统设计
OV5640模块：图像传感器，视频流来源。
写VDMA模块：硬件采集到的数据通过写VDMA存储到PS端的DDR中。
ZYNQ模块：ZYNQ-7000系列FPGA，ARM + FPGA架构，核心处理芯片。
读VDMA模块：通过读VDMA从PS端的DDR中读取图像数据。
RGB转换DVI模块：32bit转为RGB888，再转为DVI时序输出到HDMI显示。
HDMI显示器：显示图像视频数据。
2 关键技术
1）OV5640摄像头
设计中采用两片美国OmniVision公司的CMOS图像传感器OV5640，OV5640芯片支持DVP和MIPI接口。为保证OV5640正常工作，需要依次实现以下时序要求。
a、ResetB拉低、PWND拉高；
b、DOVDD和AVDD同时上电；
c、电源稳定5ms后，拉低PWND，再过1ms，拉高ResetB；
d、20ms后初始化OV5640DESCCB寄存器。
e、通过IIC接口配置，配置目标为RGB565、30FPS、720输出格式；
f、FPGA接收来自OV5640的视频流数据输入，需要对摄像头完成相应的时序操作。每次传输8bit，16bit为一个像素点，所以要进行数据转换8bit-16bit-32bit；
2）图像处理算法
边缘检测算法要求首先找到图片中物体的边缘，由于边缘处颜色变化一般比较明显，在工程上一般借助卷积滤波器实现，卷积滤波器相当于求导的离散版本。针对图像进行边缘检测，有多种不同的滤波器算子，我们采用的Sobel滤波器算子图1，分别针对图像水平方向的边缘以及竖直方向的边缘，求和得出图像的边缘。