嵌入式MPEG-4数字视频监控系统硬件平台的设计与实现

论文摘要

随着经济社会的发展和进步,人们对视频场景的跨时间空间重现有着越来越迫切的需求。尤其在安全防控领域这种应用更为广泛和深入。同时随着计算机网络技术、电子技术以及数字信号处理等技术的发展,以直观、方便、信息内容丰富等特性而被广泛应用的视频监控系统的发展也日新月异。从静态图片到动态视频,从模拟系统到数字系统,从单点硬盘录像、短距离传输到大规模组网、远程实时控制,从占高带宽的低质量的裸视频流到先进压缩算法处理的高质量的低码率的MPEG-4、H.264。近年来数字监控技术更是得到长足发展,出现以嵌入式技术为核心的新型视频监控系统,它在稳定性、集成度,性能、价格、可升级性以及可操作性等方面有着突出的优势,代表了目前视频监控系统研究和发展的方向。本论文以高速公路视频监控为应用背景,介绍了一种MPEG-4嵌入式数字视频监控系统硬件平台的设计和实现。文中分析了嵌入式视频编解码器的主要实现方式及各自特点,研究了视频监控系统中涉及的视频压缩标准,PCI总线规范及嵌入式操作系统等关键技术,着重阐述了视频编解码器的硬件实现方案,对嵌入式处理器、视频压缩芯片,PCI桥接芯片等进行了选型比较。本论文以系统硬件平台总体设计方案为主线,首先对核心压缩芯片VW2010进行模块设计完成PCI接口视频压缩卡,给出了压缩卡与工控机组合构成单路编解码器的实现方法。接下来综合考虑项目的需要和实验室发展,尤其是在移动自组织网络（MANET）上进行视频传输研究需要高性能通信平台,我们结合两方面的需求,设计一个基于PowerPC的嵌入式通信平台。在此基础上,论文详细讨论了基于PowerPC处理器的以多路视频编解码器为核心的视频监控系统构建方案,对硬件部分包括处理器架构,存储系统结构,总线扩展及外围电路设计,硬件调试等方面进行了说明;论文了给出了嵌入式网络视频监控系统的综合测试结果。同时对系统的控制软件B/S、C/S模式进行了简要介绍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源与研究背景
• 1.2 视频监控系统的发展过程
• 1.2.1 高速公路视频监控系统的发展
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文工作及内容安排
• 2 视频监控关键技术以及系统需求分析
• 2.1 视频压缩标准
• 2.1.1 MPEG标准
• 2.1.2 H.26x标准
• 2.1.3 本系统中视频压缩标准的选择
• 2.2 视频压缩标准的实现技术
• 2.2.1 基于专用图像处理DSP的实现方式
• 2.2.2 基于SoC的实现方式
• 2.2.3 图像处理算法的ASIC实现方式
• 2.3 嵌入式操作系统
• 2.3.1 嵌入式操作系统类型
• 2.3.2 嵌入式Linux操作系统
• 3 基于X86架构的VW2010的单路编解码卡的设计与实现
• 3.1 VW2010芯片介绍
• 3.2 MPEG-4编码卡的设计和实现
• 3.3 MPEG-4解码卡的设计和实现
• 3.4 PCB设计
• 3.4.1 布局
• 3.4.2 布线
• 3.4.3 PCB抗干扰设计
• 3.5 VW2010控制流程
• 3.6 编解码系统的构建
• 3.6.1 VIA工控机
• 3.6.2 定制Linux操作系统
• 3.7 单路视频编解码测试
• 3.7.1 测试系统的参数设置
• 3.7.2 硬解码测试
• 3.7.3 软解码测试
• 4 基于PowerPC架构的视频通信平台的设计
• 4.1 PowerPC架构
• 4.2 MPC8272处理器
• 4.3 通信平台的设计
• 4.4 模块设计
• 4.4.1 Memories模块
• 4.4.2 PCI总线模块
• 4.4.3 电源模块
• 4.4.4 复位模块
• 4.4.5 时钟模块
• 4.4.6 接口模块
• 5 多路视频监控系统的设计与实现
• 5.1 系统概述
• 5.2 PCI桥接技术与芯片选型
• 5.2.1 PCI桥原理
• 5.2.2 PCI桥的分类
• 5.2.3 PCI桥接芯片选择
• 5.3 编解码器硬件调试
• 5.3.1 使用仿真调试器
• 5.3.2 使用U-boot
• 5.3.3 烧写Flash的过程
• 5.4 多路视频监控系统测试
• 6 系统的典型应用及控制软件简介
• 6.1 监控系统结构介绍
• 6.2 控制软件简介
• 6.2.1 基于C/S的控制软件
• 6.2.2 基于B/S的控制软件
• 结论
• 参考文献
• 附录A 实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢