基于NIOSⅡ的视频监控系统的研究

论文摘要

随着人们生活水平的提高，不只是公共系统，很多个人家庭也需要视频监控系统来进行家庭、汽车防盗等工作。视频监控系统能够提高公共安全系统的服务和管理水平，达到城市安全信息化的高效管理和使用，为公安、交通系统和工矿企业及个人用户等提供强有力的安全保证。本论文采用Altera公司的FPGA芯片，对个人家庭使用的防盗视频监控系统进行硬件和软件的设计。设计中硬件设计主要是搭建系统硬件平台，包括电源模块设计、FPGA配置电路、时钟电路和复位电路等外围电路设计、视频采集模块设计、视频显示模块设计、SD卡存储模块设计等等，重点介绍了NIOS II软核处理器的硬件架构和SOPC系统的搭建，给出了部分功能模块的verilog语言硬件描述。软件设计主要是采用C语言在NIOS II IDE平台下进行嵌入式软核软件设计，主要实现了系统工作控制、信号的处理和传输等功能。论文首先叙述研究背景和社会调研状况，对论文结构做总体的介绍；其次，对基于NIOSⅡ的视频监控系统的相关技术做了叙述，详细阐述了该系统采用的FPGA嵌入式芯片和和NIOSⅡ软核嵌入式系统；再次对基于NIOSⅡ的视频监控系统的总体设计思路和框架结构做阐述，总体描述系统中用到的关键技术；接着对系统的硬件设计和软件设计分别进行了研究和叙述，硬件设计给出系统各部分电路原理图，同时侧重NIOSⅡ平台下的软核搭建和硬件描述语言verilog的编程；软件设计主要论述C语言编程实现系统视频采集、传输、存储和显示的整个过程，给出了软件设计流程图。本设计经过了广泛的市场调研，结合企业和个人的需求开发本系统，该便携式的小巧视频采集系统实现对诸如个人家庭室内外、汽车、企业工作室内外等场合的防盗监控。整个系统的设计绝大部分均在FPGA芯片内采用SOPC软核技术来完成，设计中充分考虑应用成本和个人用户的需求，所以本系统具有轻便、安装使用简洁、成本低和适用场合灵活广泛的特点。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 社会调研与分析
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本文的主要工作与内容安排
• 第二章 方案论证及相关技术
• 2.1 方案论证
• 2.1.1 产品设计原则
• 2.1.2 四种产品设计方案的对比及结论
• 2.2 可编程片上系统 SOPC
• 2.2.1 FPGA 技术
• 2.2.2 SOPC 技术
• 2.2.3 NIOSⅡ嵌入式软核处理器
• 2.2.4 QuartusⅡ和 NIOSⅡ软件简介
• 2.2.5 编程语言
• 2.3 视频图像处理技术
• 2.3.1 视频图像压缩编码技术
• 2.3.2 主流压缩编码技术
• 2.4 视频分析技术
• 2.4.1 视频分析技术简介
• 2.4.2 视频移动侦测的实现方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于 NIOSⅡ的视频监控系统的总体设计
• 3.1 功能特点
• 3.2 系统总体实现方案
• 3.2.1 系统总体结构设计
• 3.2.2 系统硬件结构设计
• 3.2.3 系统软件功能结构设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于 NIOSⅡ的视频监控系统的硬件设计
• 4.1 系统硬件及其功能电路
• 4.1.1 系统硬件开发平台
• 4.1.2 核心器件 FPGA
• 4.1.3 COMS 图像传感器
• 4.1.4 TFT-LCD 显示屏
• 4.1.5 SD 卡
• 4.1.6 SDRAM 电路
• 4.1.7 Flash 电路
• 4.1.8 电源电路
• 4.1.9 时钟电路和复位电路
• 4.1.10 JTAG、EPCS、AS 接口电路
• 4.1.11 扩展口 J6 和 J7 电路
• 4.2 嵌入式软核硬件逻辑设计
• 4.2.1 SOPC 嵌入式系统构成
• 4.2.2 SOPC 系统开发流程
• 4.2.3 NIOS II 软核处理器硬件开发
• 4.3 嵌入式软核硬件逻辑功能模块设计
• 4.3.1 CMOS 视频采集模块
• 4.3.2 LCD 视频显示模块
• 4.3.3 SD 卡存储模块
• 4.3.4 锁相环模块
• 4.4 Nios II 软核处理器设计
• 4.4.1 时钟设置
• 4.4.2 CPU 模块
• 4.4.3 SDRAM 模块
• 4.4.4 PIO 模块
• 4.4.5 JTAG UART 模块
• 4.4.6 Onchip memory 模块
• 4.4.7 Avalon 模块
• 4.4.8 CFI 模块
• 4.4.9 地址、中断和仿真设置
• 4.4.10 MCU 模块
• 4.4.11 SOPC 系统集成
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于 NIOSⅡ的视频监控系统的软件设计
• 5.1 NIOSⅡ软件开发环境简介
• 5.1.1 NIOS II IDE
• 5.1.2 NIOS II IDE 软件开发方法
• 5.2 系统应用程序设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢