基于FPGA的数字视频监控系统的研究与设计

论文摘要

随着社会、科技、经济的不断发展,视频监控技术因其具有直观、方便、信息内容丰富等特点以及广阔的应用范围,一直受到业界的广泛关注。而随着光纤通信技术的迅速发展,利用光纤通信技术实现视频监控系统的设计已成为视频监控技术发展的一个潮流。本课题探究的数字视频监控系统支持八路视频信号和反向数据信号的实时传输,系统主要分为视频发送端和视频接收端两部分。系统视频发送端主要包括视频处理模块、反向数据处理模块、FPGA主控处理模块、光收发一体模块,其中FPGA主控处理模块实现的主要功能是系统视频信号传输中视频一次复接处理以及反向数据传输中数据接收和线路解码处理等。系统视频接收端与视频发送端的结构是对应的,主要功能模块同样包括视频处理模块、反向数据处理模块、FPGA主控处理模块、光收发一体模块,其中FPGA主控处理模块实现的主要功能是系统视频信号传输中视频二次分接处理以及反向数据传输中数据线路编码和发送处理等。本论文的研究重点是八路视频信号传输中数字复分接的设计和反向数据信号传输中线路码的编解码设计。论文首先对课题研究的数字视频监控系统的总体设计进行了详细的介绍,给出了各个功能模块电路的具体实现设计方案;其次认真分析了视频监控系统八路视频信号传输中数字复分接的基本原理和实现方式,讨论了系统视频信号传输中数字复分接的设计思想及实现方案,给出了视频信号复分接的程序设计与仿真验证;最后详细阐述了视频监控系统反向数据信号传输中线路码的选择及实现方式,结合数据光纤传输的性能特点,选用CMI码作为反向数据传输的线路码型,讨论了系统反向数据信号传输中CMI编解码的设计思路及实现方案,给出了数据信号CMI编解码的程序设计与仿真验证。论文的关键部分主要是FPGA主控处理模块的程序设计,利用VHDL硬件描述语言完成视频数字复分接和反向数据CMI编解码的程序设计,并在QuartusⅡ软件开发平台下完成了系统的程序设计与仿真验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数字光纤通信系统的基本原理
• 1.2 视频监控系统数字化发展趋势
• 1.2.1 视频信号的数字化处理简介
• 1.2.2 视频监控系统数字化的必然性
• 1.3 课题来源与论文结构
• 第2章 数字视频监控系统电路的总体设计
• 2.1 系统视频发送端的总体功能介绍
• 2.2 系统视频接收端的总体功能介绍
• 2.3 系统视频发送端的硬件电路设计
• 2.3.1 视频发送端系统电源模块电路设计
• 2.3.2 视频发送端视频处理模块电路设计
• 2.3.3 视频发送端反向数据处理模块电路设计
• 2.3.4 视频发送端光收发一体模块电路设计
• 2.3.5 视频发送端 FPGA主控芯片电路设计
• 2.4 系统视频接收端的硬件电路设计
• 2.4.1 视频接收端视频处理模块的电路设计
• 2.4.2 视频接收端光收发一体模块电路设计
• 2.4.3 视频接收端 FPGA主控芯片电路设计
• 2.5 视频监控系统 PCB电路设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统视频信号数字复分接的设计
• 3.1 数字复接技术的实现方式
• 3.1.1 同步复接
• 3.1.2 异步复接
• 3.2 系统视频信号数字复分接的总体设计
• 3.2.1 视频信号二次复接、一次分接的设计
• 3.2.2 视频信号一次复接、二次分接的设计
• 3.3 视频信号一次复接的程序设计与仿真验证
• 3.3.1 视频信号一次复接各功能模块的设计
• 3.3.2 视频信号一次复接的仿真与验证
• 3.4 视频信号二次分接的程序设计与仿真验证
• 3.4.1 视频信号二次分接各功能模块的设计
• 3.4.2 视频信号二次分接的仿真与验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统反向数据信号传输的设计
• 4.1 数字光纤传输系统线路码型选择及编码方式
• 4.1.1 数字光纤传输系统的线路码型选择
• 4.1.2 数字光纤传输系统的线路编码方式
• 4.2 反向数据信号 CMI编解码的总体设计
• 4.2.1 CMI码的基本编码原理
• 4.2.2 反向数据信号 CMI编解码的总体功能设计
• 4.2.3 反向数据信号 CMI解码的同步时钟提取设计
• 4.3 反向数据信号 CMI编解码的程序设计与仿真验证
• 4.3.1 CMI编码的程序设计与仿真验证
• 4.3.2 CMI解码的程序设计与仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 课题研究的总结
• 5.2 课题研究的扩展与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文