隨著科學技術的發(fā)展與公共安全保障需求的提高,視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H.264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現(xiàn)網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),在穩(wěn)定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優(yōu)勢,具有重要的學術意義與實用意義, 本課題所設計的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像,采用H.264 編碼算法進行壓縮,并持續(xù)監(jiān)聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問,接收編碼數(shù)據(jù),使用H.264解碼算法重建圖像并實時顯示,使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場情況, 在嵌入式圖像服務器設計階段,本文首先進行了芯片選型與開發(fā)平臺選擇。然后構建圖像采集子系統(tǒng),采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統(tǒng),闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計,采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度, H.264視頻壓縮編解碼算法設計與實現(xiàn)是本文的重點。文中首先分析H.264.標準,規(guī)劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法,并設計宏塊掃描方式,采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式,編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案,針對除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法,實現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸?shù)拇a流組成格式,并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證,并進行測試,觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后,本文進行了PC機客戶端設計,使其具有遠程訪問、H.264解碼與實時顯示的功能。同時將H.264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中,并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯(lián)合調試,構建完整的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng), 實驗結果表明,本系統(tǒng)視頻壓縮率高,監(jiān)控圖像質量良好,充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優(yōu)點,發(fā)展前景十分廣闊。
標簽:
FPGA
264
網絡視頻監(jiān)控
實現(xiàn)研究
上傳時間:
2013-08-03
上傳用戶:88mao