嵌入式无限视频监控系统的研究

论文摘要

随着嵌入式技术、视频编解码技术、无线通信技术和传感器技术的飞速发展，设计一款体积小、成本低、应用方便的无线视频监控系统已经成为可能。目前比较流行的无线视频监控系统主要是以PC机作为服务器显示端，以基于嵌入式处理器+软件/硬件编解码作为视频监控端完成视频监控。主要方法是以嵌入式处理器为主控处理器，控制USB摄像头采集视频信号，通过软件编解码算法或硬件编解码芯片对采集到的信号进行压缩处理，之后将压缩后的数据通过无线芯片传输到PC机上；PC机通过编写软件对视频信号进行解压缩和显示。这类产品成本高、灵活性差、不可移动，一般应用在超市，银行取款机、工厂、智能小区无线监控管理等方面，而对于类似婴儿监控器、可视对讲机、室外安全监控等方面的应用则无法达成。本课题设计的无线视频监控系统，监控端与显示端都可以自由移动并且成本低、体积小、功耗低、应用灵活，在无线摄像头，婴儿监控器，家庭安防，视频对讲机等方面都有广泛的应用，为广大消费类电子人群所青睐。本课题设计的无线视频监控系统由视频监控终端与视频显示端两部分组成，视频监控终端以Cortex-M3为主控处理器，结合视频编解码芯片ADV611与专用2.4G无线传输芯片A7130对现场的视频图像进行采集、压缩并传输到视频显示端；视频显示端则采取相反的过程，将无线芯片接收到的数据进行解压缩后显示到TFT屏上。本论文进行了视频编解码方面研究。在前人研究的基础上，总结了无线视频传输需要编码压缩的原因，各种编码的原理与方法，了解了目前流行的视频编码协议；在此基础上重点对小波变换方法进行了介绍，讨论了其优缺点，并对采用此方法的硬件编解码芯片ADV611的内部结构、工作原理、控制方法、软件编程进行了介绍。另外，本文对无线通信方面的知识进行了研究。包括常用的蓝牙、WIFI、Zegbee、2.4G专用芯片、Sub1G专用芯片进行了介绍。重点对2.4G专用芯片的内部结构、工作原理、通信协议、控制方法、软件控制进行了介绍；同时对视频传输过程中涉及到的丢包、干扰等问题提出了跳频扩频的解决方法，使传输更加流畅。在对各个模块熟悉以后，通过三个步骤实现无线视频监控，第一个步骤是用STM32控制COMS摄像头进行图像采集，通过有线传输，将录摄到的视频显示到TFT屏上；第二个步骤是STM32控制无线芯片A7130完成一张图片的发送与接收，将接收到的图片显示到TFT屏上；第三个步骤是STM32控制ADV611对视频数据进行压缩，将压缩后的数据通过无线传输到视频显示端，在视频显示端用STM32控制ADV611进行视频解压缩，并显示到TFT屏上。目前前两个步骤已实现，后一个步骤在调试中。论文的结构安排为：首先对视频监控系统的发展和应用进行了分析，了解了目前的研究动态和应用需求；确定方向后，比较用于主控处理器、视频采集、压缩和传输的各个模块的性能、成本和功耗，选择出一套自己的方案；之后对各个模块的工作原理、控制方法和软件编程进行了介绍；最后对系统调试过程中遇到的问题和解决方法做出阐述，并总结经验提出改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究的背景与意义
• 1.4 本文的研究内容及安排
• 2 系统总体设计选型
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 视频监控系统硬件选型
• 2.2.1 视频采集模块硬件选型
• 2.2.2 视频编解码技术的发展
• 2.2.3 主控模块硬件选型
• 2.2.4 无线传输模块硬件选型
• 2.2.5 视频监控端硬件框图
• 3 系统硬件设计
• 3.1 视频采集模块 OV7670
• 3.1.1 OV7670 简介
• 3.1.2 OV7670 控制方法
• 3.2 编解码芯片 ADV611
• 3.2.1 ADV611 简介
• 3.2.2 ADV611 控制方式
• 3.3 无线传输模块 A7130
• 3.3.1 A7130 简介
• 3.3.2 A7130 控制方式
• 3.4 主控器 STM32F103
• 3.4.1 STM32F103 简介
• 3.4.2 STM32F103 外围
• 3.5 PCB 设计
• 4 系统软件设计
• 4.1 摄像头模块 OV7670
• 4.1.1 OV7670 初始化
• 4.1.2 OV7670 寄存器的配置
• 4.1.3 应用程序的实现
• 4.2 无线传输模块 A7130
• 4.2.1 7130 参数配置
• 4.2.2 7130 工作流程
• 4.2.3 应用程序的实现
• 4.3 系统的总体软件设计
• 4.3.1 ADV611 程序设计
• 4.3.2 系统的工作流程
• 5 系统调试
• 5.1 各功能模块单独调试
• 5.1.1 视频采集模块调试
• 5.1.2 无线传输模块调试
• 5.2 系统整体功能调试
• 5.2.1 视频压缩模块调试
• 5.2.2 系统的整体调试
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的文章