面向视频监控的摄像头控制器的设计

摘要

经济的高速发展和人们生活水平的不断提高，安全问题得到越来越多的重视。伴随市场需求的扩大和微电子技术的发展，视频监控系统正经历着日新月异的发展，在安防领域得到越来越广泛的应用。在视频监控系统中，摄像头（Camera）控制器是其核心的一部分，在摄像头与图像处理模块间搭建起一座桥梁，完成对图像数据的采集、格式转换和传输。论文针对视频监控的应用需求，设计了支持视频压缩的Camera控制器。
　　 论文设计的Camera控制器支持市面上大部分CMOS图像传感器输出的数据格式，如RGB565、YCbCr4∶2∶2、RawRGB，兼容ITU601和ITU656两种传输规范。由于在视频监控系统中，会采集大量的图像数据，为了减少数据传输带宽和存储空间，需要去除冗余的图像信息，论文采用运动静止图像压缩技术（MotionJoinPhotographicExpertsGroup，M-JPEG）对图像数据进行编码压缩，节约了视频监控系统中的存储器空间，提高了数据通信的传输效率。Camera控制器将接收的图像数据先转换为YCbCr4∶2∶0格式，把数据以乒乓（Ping-Pong）的方式存储在两块随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)内，M-JPEG从RAM中取出待编码数据进行编码压缩，最终将压缩后的图像数据写入存储器。论文按照自顶向下的设计思路，把Camera控制器分成了两部分进行设计:M-JPEG编码器和图像数据采集电路。
　　 论文对Camera控制器进行FPGA原型验证。验证结果表明，各模块工作在50MHz的系统时钟下，能够支持每秒30帧分辨率为640×480的图像采集和压缩。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织结构

第二章 图像采集和压缩基础

2．1 图像传感器产品现状及工作原理

2．1．1 图像传感器产品发展与现状

2．1．2 图像传感器工作原理

2．2 图像与视频格式介绍

2．2．1 RGB色彩模式

2．2．2 YCbCr色彩模式

2．2．3 Raw RGB数据格式

2．3 数据传输方式

2．3．1 ITU601

2．3．2 ITU656

2．4 M-JPEG编码标准简介

2．4．1 视频编码技术简介

2．4．2 M-JPEG特点

2．4．3 JPEG编码技术介绍

2．5 AMBA总线协议

2．5．1 AHB总线框架

2．5．2 AHB基本传输

2．6 本章小结

第三章 Camera控制器架构与M-JPEG编码器设计

3．1 视频监控SoC芯片及Camera控制器架构

3．1．1 视频监控系统SoC芯片

3．1．2 Camera控制器的架构

3．2 M-JPEG的设计架构

3．3 M-JPEG设计实现

3．3．1 JPEG ENCODER模块

3．3．2 M-JPEG接口设计

3．4 本章小结

第四章 Camera数据采集电路设计

4．1 数据采集电路的架构

4．2 各子模块的设计

4．2．1 数据捕获模块

4．2．2 Raw RGB转RGB模块

4．2．3 RGB转YCbCr模块

4．2．4 AHB总线Slave接口设计

4．3 本章小结

第五章 仿真与FPGA验证

5．1 功能仿真验证

5．1．1 验证程序

5．1．2 仿真波形图

5．1．3 仿真结果

5．1．4 仿真结果与设计指标对比

5．2 FPGA原型验证

5．2．1 FPGA原型系统的实现

5．2．2 Camera控制器的FPGA原型验证

5．2．3 FPGA验证结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文