多通道数字硬盘录像机的设计与实现

摘要

数字视频监控系统，集图像、声音和防盗报警于一体，越来越受到人们的青睐。由于数字视频监控符合当今社会数字化、智能化的发展趋势，从而引发了安防领域的技术革命，已经成为安全防范自动化技术的发展方向。数字视频监控系统的核心组成部分是硬盘录像机(DVR)。硬盘录像机的优劣决定了整个数字视频监控系统的性能。硬盘录像机分为PC式硬盘录像机和嵌入式硬盘录像机。本文设计了基于PowerPC的多通道嵌入式DVR，并改进PC式DVR为性能稳定的多通道工控式DVR。视频压缩是图像处理的关键技术，选择合适的视频压缩标准是实现高质量监控效果的前提。在众多的视频压缩标准中，MPEG-4以其高压缩比、适合在网络中传输的特点，在实际应用中最为广泛。
　　 本研究所设计的嵌入式与工控式DVR的图像处理模块核心部件均采用VW2010高性能芯片，使系统实现了MPEG-4的同时编解码。PowerPC架构的处理器在通信领域中表现出卓越的性能，其高度稳定性、高效的指令执行效率使得其在复杂的应用领域中游刃有余。而工控机在工业控制领域大展身手，其优异的性能不言而喻。设计了以PowerPC架构的MPC8245微处理器为核心嵌入式DVR的硬件平台。以威盛公司的EPIA嵌入式主板为基础，设计出工控式DVR的硬件平台。嵌入式linux操作系统是PowerPC处理器的理想的搭档。详细论述了为嵌入式DVR定制嵌入式linux和移植的过程，包括ppc-linux交叉编译工具的搭建。同时在第五章了设计linux下的VW2010设备驱动程序。有关linux内核的讨论均基于2.6版本的linux内核。文章最后对嵌入式DVR和工控式DVR分别做了综合测试，包括不同码率(不同的压缩率)时的图像效果测试、静态物体取景、动态物体取景的测试，测试中两种类型的DVR均显示出了优异的性能，其性能足以应用于实际的高速公路监控中。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 数字视频监控的发展趋势

1.3 数字硬盘录像机

1.4 MPEG-4视频压缩标准

1.5 本文的研究内容

2 嵌入式多通道数字视频监控系统的硬件构造

2.1 基于PowerPC的嵌入式硬盘录像机方案设计

2.2 MPC8245微处理器

2.3 存储系统的设计

2.3.1 存储器分类

2.3.2 MPC8245的存储空间映射

2.3.3 MPC8245的存储系统设计

2.3.4 硬盘接口

2.4 外围接口电路设计

2.4.1 以太网接口

2.4.2 串行接口电路

2.5 基于VW2010的视频压缩/解压子系统

2.5.1 VW2010芯片的特点及内部结构

2.5.2 视频编解码

2.5.3 压缩/解压子系统的设计

2.6 系统总线设计

2.6.1 PCI总线的信号定义

2.6.2 PCI中断的硬件结构

2.6.3 PCI总线的扩展

2.7 供电电路与复位电路设计

3 工控式多通道数字视频监控系统的硬件设计

3.1 工控式硬盘录像机核心功能模块的构建

3.1.1 传统PC式录像机的不足

3.1.2 X86体系结构的EPIA嵌入式工控主板

3.1.3 视频压缩/解压缩子卡

3.2 PCI总线的扩展方案

3.2.1 基于可编程逻辑器件(PLD)

3.2.2 基于PCI-PCI桥

3.3 四路PCI扩展板设计

3.3.1 PCI6152透明桥

3.3.2 总线仲裁和时钟

3.3.3 VW2010卡的配置

3.3.4 总线事务控制

4 PowerPC-linux的构建

4.1 linux内核

4.1.1 linux内核的功能

4.1.2 linux内核源代码的结构

4.2 linux内核源代码剪裁

4.3 linux内核编译移植

4.3.1 建立PPC交叉编译环境

4.3.2 编译嵌入式linux系统

5 VW2010设备驱动程序设计

5.1 linux设备驱动程序

5.1.1 linux设备驱动程序功能

5.1.2 模块的概念

5.1.3 设备驱动程序的结构

5.2 VW2010驱动程序设计

5.2.1 VW2010设备驱动程序的核心数据结构

5.2.2 VW2010设备驱动程序框架

5.2.3 数据的有效传输

5.3 中断的实现

5.1.1 linux中的中断共享

5.1.2 读写数据的中断实现

5.4 驱动程序的交叉编译

6 系统调试与测试

6.1 嵌入式DVR的调试与测试

6.1.1 嵌入式DVR调试

6.1.2 嵌入式DVR测试

6.2 工控式DVR性能测试

6.2.1 测试环境

6.2.2 测试内容及结果分析

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢