基于FPGA的视频监控系统的研究与设计

摘要

随着社会的发展和人们安全意识的提高，越来越多的场所需要安装视频监控设备。视频监控设备的大量需求不仅引起了强烈的行业竞争，而且促进了监控技术的创新和发展。近年来，运用不同高端处理器的新型监控设备越来越多，其中，最具代表性的是把现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）作为视频图像数据处理核心的视频监控系统。FPGA具有集成度高、可移植性好、数据处理速度快、设计周期短、开发成本低的特点，特别是它的并行处理数据的能力和流水线技术对于提高图像处理的速度有很好的效果，因此，它非常适合应用于以图像处理技术为基础的视频监控领域。
　　该视频监控系统采用 FPGA作为数据处理和系统控制中心，用到的主要器件有OV7670图像传感器、ADV7123数模转换器、M25P40芯片、SDRAM缓存芯片等。系统工作时，首先是摄像头对图像数据进行采集，并把数据送入 FPGA芯片内，然后 FPGA处理器对数据进行处理，处理后的数据被分为两路，一路被输入视频图像显示设备进行实时显示，另一路进行压缩处理并保存在存储器内，数据的压缩采用H.264视频压缩算法完成。
　　论文首先介绍了视频监控系统的国内外发展现状和研究内容，然后对视频监控系统涉及到的基础理论知识和相关算法进行了阐述，并对基于 FPGA的视频监控系统的方案进行了设计。系统的设计主要包括硬件部分的设计和软件模块的开发，硬件设计部分主要是电路的设计和开发板的制作；软件部分实现视频图像的采集、处理、压缩、保存、显示以及时序的控制等功能，软件的主要模块有：数据采集、I2C控制、SDRAM控制、VGA显示控制、数据压缩和压缩数据存储模块等。模块代码的编写采用硬件描述语言完成。系统设计完成后，搭建实验平台，对其进行了实验验证和分析，实验结果实现了预期目标。本系统具有以下特点：数据处理速度快、设计成本低、视频显示实时性好、易于扩展等。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本文主要研究内容

2 视频监控系统的硬件部分设计

2.1 系统需求和总体设计

2.2 器件选型

2.3 系统电源电路

2.4 系统时钟和复位电路

2.5 数据采集电路

2.6 数据存储模块电路

2.7 视频显示模块电路

2.8 本章小结

3 基于FPGA的视频监控系统软件设计

3.1 FPGA的基本开发流程和开发工具

3.2 系统软件设计框架

3.3 系统时钟管理

3.4 数据的采集

3.5 SDRAM控制模块

3.6 VGA显示模块

3.7 数据压缩模块

3.8 数据存储模块

3.9 本章小结

4 视频监控系统的验证

4.1 实验平台搭建

4.2 系统的验证

4.3 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文