基于H.264与FPGA的网络监控系统的研究与实现

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youngyyw
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根据国内外监控系统的发展趋势,本文提出了一种基于FPGA与H.264的网络监控系统的实现方案。以FPGA为核心的嵌入式终端CPU、PC机客户端与网络连接设备是本网络视频监控系统的主要组成部分。嵌入式图像服务器采集实时图像并且根据H.264编码算法对图像进行压缩,同时监听网络。远端的PC机客户可通过网络远程访问服务器,接收图像视频并显示,能高效地掌握现场情况。本文提出了用硬件描述语言实现H.264压缩编码的解决方案以改进H.264算法运算复杂的缺点。文中详细阐述了帧内预测、DCT变换和量化以及CAVLC熵编码模块的原理与硬件设计。提出了改进帧内预测的新算法,保证性能的同时大大减小了算法的复杂度。嵌入式图像服务器中的图像视频采集控制和网络传输是由双Nios Ⅱ核架构完成的。图像采集使用130万像素的CMOS图像传感器OV9650。为运行调度多任务,选用μ C/OS Ⅱ操作系统。使用轻量IP协议来完成图像数据的网络传输。摄像头采集到的图像视频数据数据量大,不能直接进行网络传输,需要先经高效视频压缩标准H.264进行压缩,减小数据量并增加网络亲和性。网络终端可以通过IP地址远程访问嵌入式图像服务器并开启图像传输。本文详细描述了如何完成以下工作:对支持LWIP协议栈的μ C/OS Ⅱ操作系统进行移植和编程、定制Avalon总线型视频采集接口电路、双NIOS Ⅱ系统的内存共享以及两个Nios Ⅱ核的协调与同步。本系统的验证平台选用Altera提供的Nios Ⅱ开发试验箱。本系统视频压缩率高,监控图像清晰,系统软硬件协同设计与图像编码硬件实现算法成功。本系统具有低成本、良好的扩展性以及较广的适用范围等优点,有非常好的发展前景。
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