论文摘要
应用嵌入式网络技术的监控系统是监控领域最新的发展趋势,嵌入式网络监控系统是电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术快速发展并相互结合的高新技术产品。嵌入式网络技术改变了以往的监控系统体系结构,满足了现代监控系统的可扩展性、分布性、实时性等,可广泛运用于电信、交通、电力、银行等领域。正是在这一背景下,本文设计了一种基于FPGA的嵌入式网络视频监控系统,整个系统由远程现场（嵌入式前端子系统）和监控中心（后端子系统）组成。本文主要讨论嵌入式前端子系统的设计与实现。在研究了目前流行的嵌入式系统和MPEG-4专用视频压缩芯片方案后,确定在嵌入式系统方面采用近几年兴起的片上可编程技术SOPC来构建嵌入式硬件平台;音视频数据的压缩基于专用芯片GO7007SB来设计;利用uClinux操作系统实现整个系统的控制的方案。论文的内容主要包括以下几个方面:①对嵌入式前端子系统方案进行深入研究,对其进行功能细分,确定由三部分构成:音视频采集、压缩子系统和嵌入式子系统。在Protel环境下完成音视频采集和压缩子系统硬件电路的原理图设计和电路板设计。②结合SOPC技术,在SOPC Builder环境下构建嵌入式子系统。分析I2C总线协议,采用HDL语言模拟I2C时序完成音视频采集芯片初始化配置。分析GO7007SB标准测试流程,并完成压缩子系统硬件设计测试。③移植uClinux操作系统,建立程序开发环境;研究Linux环境下驱动程序的设计,并分析压缩子系统驱动程序功能需求,设计压缩子系统驱动程序。④提出一种简单的音视频编码数据分组打包算法,思想在于使得网络上发送的数据包的大小尽量一致,减小由于数据包大小差异引入的传输延迟,使得传输趋于稳定有序。设计并实现了基于TCP传输协议的客户端/服务器网络模型,实现音视频编码数据的网络传输。最后对本文构建的视频监控系统进行测试。实验结果表明,本文提出的系统架构方案有效可行,基于FPGA的网络视频监控系统在可扩展性、实时性、分布性等方面具有独特的优势,拥有广阔的发展前景。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 研究背景1.2 国内外研究现状1.2.1 视频监控系统的发展1.2.2 嵌入式SOPC 技术的发展1.3 课题的意义1.4 论文的主要内容及章节安排2 网络监控系统相关技术介绍2.1 基于FPGA 的片上可编程系统SOPC 简介2.1.1 片上可编程系统SOPC2.1.2 SOPC 开发流程2.2 嵌入式操作系统2.2.1 嵌入式操作系统概述2.2.2 uClinux 介绍2.3 图像的压缩技术2.3.1 视频压缩标准及比较2.3.2 基于MPEG4 视频压缩标准的选择2.4 网络传输技术2.4.1 TCP/IP 网络简介2.4.2 嵌入式Linux 中TCP/IP 网络结构3 网络视频监控系统设计方案3.1 系统总体方案3.2 基于G07007SB 的压缩子系统3.2.1 G07007SB 的主要特点3.2.2 G07007SB 内部功能模块3.2.3 G07007SB 外围接口3.3 音视频采集模块3.3.1 基于SAA7113H 的视频采集模块3.3.2 基于WM8731 的音频采集模块3.4 基于NIOS II 的嵌入式子系统3.4.1 Nios II 软核处理器3.4.2 Nios II 在系统中的应用4 系统硬件电路设计4.1 基于G07007SB 压缩子系统电路设计4.2 音视频采集模块电路设计4.2.1 视频采集SAA7113H 电路设计4.2.2 音频采集WM8731 电路设计4.3 其它模块电路设计4.3.1 SDRAM 电路设计4.3.2 电源及接口电路设计4.4 硬件PCB 设计4.5 小结5 系统硬件逻辑设计5.1 SOPC 设计硬件平台5.2 嵌入式子系统的SOPC 设计5.2.1 嵌入式子系统构建5.2.2 嵌入式子系统工作流程5.3 采集模块的FPGA 配置5.3.1 I2C 总线协议5.3.2 SAA7113H 芯片配置5.3.3 WM8731 芯片配置5.3.4 I2C 配置模块5.4 小结6 系统软件设计6.1 系统硬件测试6.1.1 HPI 接口6.1.2 G07007SB 的调试6.2 UCLINUX 操作系统的移植6.2.1 建立交叉编译环境6.2.2 uClinux 内核的编译6.3 驱动程序设计6.3.1 Linux 设备驱动概述6.3.2 G07007SB 的启动过程6.3.3 设备驱动程序设计6.4 应用软件设计6.4.1 服务器端软件设计6.4.2 客户端软件设计6.5 系统测试7 总结与展望致谢参考文献附录
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