一种基于FPGA的USB视频采集卡及其工作方法与流程

本发明涉及视频采集卡，特别是指一种基于fpga的usb视频采集卡及其工作方法。

背景技术：

1、视频采集卡(video capture card)，也叫视频卡，用以将模拟摄像机、录像机、视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频和音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。

2、视频采集卡在市面上非常畅销，应用范围很广泛，绝大多数都是在usb(通用串行总线)控制芯片中进行数据传输和处理。但是在usb控制芯片内部处理过程中，存在一些普遍的困扰：

3、一、由于hdmi(高清多媒体接口)转换芯片大多没有流控，导致会损失大量数据。如果采取ddr(双倍速率同步动态随机存储器)等外围存储设备来存储数据，那么又会造成cpu(中央处理器)资源的过渡消耗；

4、二、在后期对视频或音频数据有处理需求，势必会占据大量的资源；

5、三、对于hdmi转换芯片的各种视频格式，在各个格式之间转换会花费大量的时间和精力。

6、综上，目前大多数的视频采集卡都是在usb控制芯片内部进行音视频数据的传输和控制，但是由于芯片本身功能受限，这样存在传输效率低，对数据处理不便，后续开发困难的问题。因此，一种可以并行高速处理数据同时兼顾后续开发灵活性的方案就变得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种传输效率高，后续开发灵活的基于fpga的usb视频采集卡及其工作方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

3、一方面，提供一种基于fpga的usb视频采集卡，包括依次连接的hdmi转换芯片、fpga芯片和usb控制芯片，所述fpga芯片包括第一fifo缓存器、i2s从模块、第二fifo缓存器、通道选择模块和音视频处理模块，其中：

4、所述hdmi转换芯片的视频信号输出端连接所述第一fifo缓存器的输入端；

5、所述hdmi转换芯片的音频信号输出端连接所述i2s从模块的输入端，所述i2s从模块的输出端连接所述第二fifo缓存器的输入端；

6、所述第一fifo缓存器和第二fifo缓存器的输出端分别连接所述通道选择模块的输入端，所述通道选择模块的输出端连接所述音视频处理模块的输入端；

7、所述音视频处理模块与所述usb控制芯片通信连接。

8、进一步的，所述第一fifo缓存器和第二fifo缓存器均为异步fifo缓存器；

9、和/或，所述音视频处理模块和usb控制芯片通过muxio接口连接。

10、进一步的，所述fpga芯片还包括i2c从模块、配置信息存储器、配置信息处理模块和i2c主模块，其中：

11、所述usb控制芯片连接所述i2c从模块，将所述hdmi转换芯片的配置信息通过所述i2c从模块写入所述配置信息存储器；

12、所述配置信息处理模块的输出端连接所述i2c主模块，所述i2c主模块连接所述hdmi转换芯片，所述配置信息处理模块将所述配置信息存储器中的配置信息进行处理后通过所述i2c主模块发送给所述hdmi转换芯片。

13、进一步的，所述fpga芯片还包括与所述i2c从模块连接的i2s主模块，所述usb控制芯片通过所述i2c从模块和i2s主模块向外部设备发送音频数据。

14、另一方面，提供上述基于fpga的usb视频采集卡的工作方法，包括视频数据传输方法，所述视频数据传输方法包括：

15、步骤101：所述hdmi转换芯片将视频数据发送给所述第一fifo缓存器；

16、步骤102：所述第一fifo缓存器通过所述通道选择模块将所述视频数据发送给所述音视频处理模块，所述音视频处理模块对所述视频数据进行处理后发送给所述usb控制芯片；

17、步骤103：所述usb控制芯片将接收到的视频数据发送给上位机。

18、进一步的，所述第一fifo缓存器为至少两个，每个大小为16k字节；

19、所述步骤102包括：

20、当一个第一fifo缓存器收满后，切换到另一个第一fifo缓存器进行接收；当其中任一第一fifo缓存器内数据收满后即向usb控制芯片发送数据；如果接收数据时检测到帧结束，则标记当前接收数据的第一fifo缓存器，同时记录接收数据的长度；

21、和/或，如果usb控制芯片的通路被堵塞，则在当前第一fifo缓存器收满后，不再接收数据；当usb控制芯片的通路恢复正常后，舍弃所有第一fifo缓存器内的数据。

22、进一步的，所述工作方法还包括音频数据传输方法，所述音频数据传输方法包括：

23、步骤201：所述hdmi转换芯片将音频数据发送给所述i2s从模块；

24、步骤202：所述i2s从模块通过所述第二fifo缓存器和通道选择模块将所述音频数据发送给所述音视频处理模块，所述音视频处理模块对所述音频数据进行处理后发送给所述usb控制芯片；

25、步骤203：所述usb控制芯片将接收到的音频数据发送给上位机。

26、进一步的，所述第二fifo缓存器为一个，其大小为192字节；

27、所述步骤202包括：

28、当第二fifo缓存器内数据收满后才向usb控制芯片发送数据；

29、和/或，如果usb控制芯片的通路被堵塞，则在第二fifo缓存器收满后，不再接收数据；如果在发送过程中被堵塞，则在恢复后不会继续发送，而是清空第二fifo缓存器。

30、进一步的，所述步骤102和步骤202均包括：

31、当音频数据需要发送时且所述通道选择模块正在发送视频数据，则所述通道选择模块暂停视频数据的发送，优先发送音频数据后，再继续视频数据的发送。

32、进一步的，所述工作方法还包括hdmi转换芯片配置方法，所述hdmi转换芯片配置方法包括：

33、步骤301：所述usb控制芯片将所述hdmi转换芯片的配置信息发送给所述i2c从模块；

34、步骤302：所述i2c从模块将所述配置信息写入所述配置信息存储器，当需要对所述hdmi转换芯片进行配置时，所述配置信息处理模块读取所述配置信息存储器中的配置信息并进行处理后通过所述i2c主模块发送给所述hdmi转换芯片；

35、步骤303：所述hdmi转换芯片根据接收到的配置信息进行配置。

36、本发明具有以下有益效果：

37、本发明的基于fpga的usb视频采集卡及其工作方法，为了加速数据传输和便于对数据进行处理，在hdmi转换芯片和usb控制芯片之间引入了fpga芯片，并且fpga芯片包括用于缓存视频数据的第一fifo缓存器和用于缓存音频数据的第二fifo缓存器，实现了流控，避免损失大量数据；fpga芯片还包括用于对音视频数据进行处理的音视频处理模块，从而无需在usb控制芯片内进行处理，不占用usb控制芯片的资源，传输效率高。因此，本发明能够减少usb控制芯片中cpu的消耗，传输效率高，数据处理方便，后续开发灵活。