嵌入式图像采集和远程传输系统的设计

摘要

在当今信息时代，随着人们对安防意识的逐渐增强，视频监控系统已经广泛应用到各行各业中，作为监控行业的一个重要分支和组成部分-嵌入式网络视频监控系统，发挥着其不可轻视的作用。
　　 本设计将新兴的嵌入式技术-可编程的片上系统SOPC(Syetem On Programmable Chip)应用于远程图像监控系统中，充分发挥了其硬件电路的高速并行运算能力和软件控制灵活的优点，不仅提高了系统的集成度和稳定性，而且也提高了图像采集和处理速度。
　　 首先，本系统中图像采集、存储等计算复杂、高度耗时的功能模块，采用Verilog硬件描述语言来完成。而网卡控制器和图像采集控制器是采用本系统定制的IP核，通过Verilog语言和基于NiosII软核的C语言协调设计完成，从而可实现对图像采集的开关和曝光时间控制。本系统的图像压缩算法采用JPEG标准，并对JPEG编码过程中的离散余弦变换2D-DCT进行了优化。
　　 其次，利用Altera公司的NiosⅡ处理器已经移植的MicroC/OS-Ⅱ操作系统作为软件平台，本系统在其内移植了LWIP协议栈，开发了DM9000A网卡驱动程序，并且采用标准socket接口，通过以太网进行网络通信，从而实现了网络实时监控功能。
　　 在确定了系统的结构和功能的基础上，对可实现监控功能的多种嵌入式方案进行了对比和分析，从而确定了系统总体设计方案及框架;接着分析了图像采集、图像缓存、JPEG图像压缩算法的优化和图像码流以太网传输的原理和实现方法;并且研究了MicroC/OS-II操作系统和LWIP协议栈在NiosII下的移植方法，以及DM9000A网卡的驱动程序编写方法，最后给出了系统软件的总体设计流程。最后，对系统各个主要功能模块进行了仿真测试，并给出了验证结果，实验结果表明，系统实现了图像采集、压缩和以太网传输功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 课题研究现状

1．3 论文研究内容和特色

第2章 系统总体设计方案

2．1 系统功能与结构

2．2 嵌入式监控系统的多种方案分析

2．2．1 MCU+ASIC监控系统

2．2．2 以DSP为核心的监控系统

2．2．3 SOPC监控系统设计方案

2．3 基于SOPC的图像监控系统设计

2．3．1 硬件平台的选择

2．3．2 系统硬件设计原理

2．3．3 SOPC系统构建

2．3．4 系统软件平台和设计

2．4 本章小结

第3章 图像采集与处理

3．1 图像采集模块

3．1．1 I2C配置模块

3．1．2 图像捕获模块

3．1．3 图像颜色空间转换模块

3．2 图像缓存模块

3．2．1 SDRAM工作原理

3．2．2 SDRAM控制器设计

3．3 CMOS控制器

3．4 图像压缩模块

3．4．1 JPEG图像压缩技术

3．4．2 JPEG编码器设计

3．5 本章小结

第4章 图像码流以太网传输程序设计

4．1 嵌入式实时操作系统MicroC／OS-Ⅱ

4．1．1 MicroC／OS-Ⅱ简介

4．1．2 MicroC／OS-Ⅱ在NIOS-Ⅱ上的移植

4．2 LWIP协议栈

4．2．1 TCP／IP协议栈简介

4．2．2 LWIP协议栈简介和移植

4．2．3 SOCKET套接字

4．3 网卡控制器设计

4．3．1 DM9000硬件接口设计

4．3．2 DM9000硬件抽像层驱动设计

4．3．3 将DM9000注册进HAL系统库

4．4 远程传输程序设计

4．5 本章小结

第5章 系统测试及性能分析

5．1 图像数据采集测试

5．2 JPEG压缩算法测试

5．3 网络传输测试

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢