基于FPGA的嵌入式视频采集系统设计是一个涉及数字视频图像获取、嵌入式图像处理技术以及硬件设计与软件编程的课题。文章主要围绕如何利用现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）实现高效、灵活的视频采集系统展开。
FPGA是一种可以通过硬件描述语言（HDL）编程设计的集成电路，由于其可重配置性，FPGA在数字信号处理、通信和嵌入式系统设计领域得到了广泛应用。随着集成电路工艺水平的飞速进步，FPGA的集成规模和运行速度都得到了显著提升，其内部集成了硬核处理器、分布式RAM、块RAM、专用乘法器、数字时钟管理器（DCM）等模块，这为复杂的视频处理提供了强大的硬件支持。
在数字视频采集与处理技术中，由于视频数据量大，传统视频采集卡无法满足工业现场对于高分辨率、高帧频的需求。FPGA的使用正好可以解决这个问题。文章中提出了基于FPGA的嵌入式视频采集系统，该系统能够有效地获取视频数据，并在FPGA芯片上实现嵌入式图像处理，产生数字视频流控制信号，最终在LCD上还原采集的模拟视频图像。
该视频采集系统硬件设计包括三个子系统：视频采集系统、视频处理系统和视频显示系统。视频采集系统主要由CCD摄像头和视频采集芯片组成，负责捕捉模拟视频信号。视频处理系统由FPGA内部硬件资源构成，主要负责视频信号的处理，包括信号的提取、转换、存储以及同步和消隐信号的生成。显示系统则是由DA芯片和液晶显示器构成，用于将处理后的视频信号显示出来。
在视频采集系统前端设计中，选用的CCD摄像头具有较高的水平分辨率，并兼容NTSC和PAL两种视频制式，这使得系统可以应用于更广泛的应用场景中。视频解码模块选用TI公司的TVP5150芯片，该芯片是一片超低功耗的视频解码芯片，能够将多种制式的模拟视频信号转化为数字信号，且具备抗混叠滤波功能，提高了视频采集系统的兼容性和质量。
FPGA部分的设计是整个系统的核心，承担着多种关键任务。FPGA需要从数字视频信号中提取YCbCr信号及其同步与消隐信号，并将其转换为4:4:4的YCbCr信号。接着，色空间转换模块将YCbCr信号转换为RGB信号，并将其存储到双RAM存储器中，这需要用到乒乓操作技术以提高数据处理效率。VGA接口控制显示模块从存储器中按一定时序读取数据，并生成新的RGB控制信号，使信号能够通过VGA接口显示在显示器上。整个过程采用四级流水线结构完成，可以提高视频处理的速度。
在实现上，各模块采用Verilog硬件描述语言编程，并在Xilinx ISE环境下综合得到模块。整个系统经过软硬件综合调试，以确保其功能和性能满足设计要求。
文章通过对基于FPGA的嵌入式视频采集系统的设计研究，展示了FPGA在处理高数据量视频信号中的优势，比如其高速、灵活、可扩展性以及易于维护的特点。该设计不仅适用于工业领域，还可以应用于消费类电子产品中，比如数字电视、IPTV、手机和PDA等设备。随着数字技术的发展，可以预见基于FPGA的嵌入式视频采集系统将在更多领域中得到应用。
