《数字视频采集系统方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字视频采集系统方案.docx（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、预处理监控设备方案概述传统视频监控系统是通过摄像头等这些数据采集前端猎取视频图片信息，仅供给视频的捕获、存储和回放等简洁的功能；数据吞吐量大造成数据传输和效劳器处理数据的压力大；需要大量的人力且准确度并不高；因此，智能视频监控系统应运而生。本系统在视频采集前端搭建硬件平台，硬件平台中搭载图像处理算法，将摄像头传入的图片筛选出关键信息，通过物联网传入效劳器中进展处理。利用算法提取关键信息可以削减传输的数据，从而能提高传输效率并且减小效劳器的压力；同时在传输过程中把数据拆分成多个模块并行处理，也可大大提升传输处理速度，到达实时性、高效性的要求。1 硬件前端功能1） 采集图像信息；2） 实现算法对图
2、像的敏捷处理，并行高速传输；3） 提取、分类图像关键信息；4） 承受 NB-IoT 协议实现无线传输2 方案论述2.1 系统构成图 2.1 是系统总体构造框图。图 2.1 系统总体构造框图用 CCD 进展图像数据采集后，用视频解码芯片进展 A/D 转换，从模拟视频输入口输入的全电视信号在视频解码芯片内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D 转换、最终转换成 BT.656 视频数据流。本系统中，对图像的处理分为两个阶段，第一个阶段为 ZYNQ 的双核 ARM 处理器局部通过算法对图像的处理；其次个阶段为 ZYNQ 的 FPGA 局部对数据的打包分类。为了尽可能提高性能并到达实时性要求，我们以 ARM 为
3、中心处理核心，由FPGA 实现系统掌握。系统分为处理器模块、FPGA 组模块和各总线接口模块等。其中处理器模块包含双核 ARM、内存空间以及相应规律。处理器作为最小处理单元模块而存在，可以完成相应的处理子任务。双核 ARM 作为从 CPU 做图像的处理通过算法实现，两个处理模块在系统核心 FPGA 掌握下并行运行。而 FPGA 作为系统中心，负责两个微处理器相互通信、相互协调以及它们与外界通过主从总线和互连总线的信息交换。同时，系统处理子任务可以由 FPGA 直接派发给处理器。敏捷的 FPGA 体系构造设计是该系统有效性的保证。在实际应用中，可以依据系统的任务，通过配置 FPGA 掌握两个微处
4、理器按流水线方式运行，缩短系统的处理时间。另外，可以通过 FPGA 的配置扩展双 ARM 的工作方式，掌握它们按 MIMD 方式并行处理同一输入图像。最终经过处理过的图像通过 NB-IoT 协议发送到效劳器端。2.1.1 FIFO 机制为了加快 ZYNQ 的处理速度，本系统承受同步 FIFO 高速缓冲方案。FIFO 即先进先出存储器, 也是一种特地用来做总线缓冲的特别存储器。FIFO 没有地址总线, 它由外部通过同步或异步方式驱动内部写指针和读指针循环进展读写。FIFO 也可以同时进展读写操作。本系统需要输入读写时钟, 将同步 FIFO 的读写操作同步到输入时钟信号，如图 3.2 所示：图2.
5、2 FIFO缓冲方案图2.1.2 内存扩展由于采集的图像是 480720 且为 24 位真彩色的图像，每幅图像大小为0.98M， DM642 内部有 16KB 的一级程序缓存，16KB 的一级数据缓存和 256KB 的程序数据共享二级缓存。但这对于直接处理图像数据是不够的，因此扩展了两片32MB 的 SDRAM 来存放原始图像数据，4 MB 的 FLASH 来存放应用程序。二者都映射到 DM642 的外部数据空间。2.1.3 NB-IoT本系统承受 NB-IoT 协议将处理过的数据发送到效劳器端。NB-IoT 指窄带物联网技术，NB-IoT 支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗
6、广域网LPWA，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。具备强链接、高掩盖、低功耗、低本钱的优点。格外适合本系统的实际需求。2.1.4 图像压缩在本系统中，图像压缩承受H.264 标准。H.264 具有很高的编码效率，在一样的重建图像质量下，能够比 H.263 节约 50%左右的码率。H.264 的码流构造网络适应性强，增加了过失恢复力量，能够很好地适应 IP 和无线网络的应用。2.2 硬件设计方案2.2.1 监控前端设备前端使用 CCD 摄像头，采集图像经过视频解码模块进展解码，最终生成FPGA 可以识别的数字信号。CCD 摄像头选用几个指标如下：区分率：480H720V 视场角：
7、70 度图象速率：30 帧/秒工作电压：9V夜视力量：0.05Lux工作温度：-20+602.2.2 芯片选择本系统中承受 FPGA 进展实时图像处理，选用 XILINX 公司生产的 ZYNQ 系列FPGA 进展工程总体设计， Z-7020 芯片内部包含使用 Artix-7 FPGA 可编程规律和双核 ARM Cortex-A9 MPCore主频高达 1GHz，Zynq-7000 系列器件将处理器的软件可编程力量与 FPGA 的硬件可编程力量实现完善结合，与传统的 SoC 处理解决方案不同，Zynq-7000 器件的敏捷可编程规律能实现优化与差异化功能，使设计人员可以依据大局部应用的要求添加外
8、设和。FPGA 局部实现功能包括掌握 ADV7180 以进展视频信号解码，视频实时图像处理算法的运行是在 ZYNQ 内嵌的 ARM9 中运行。ARM9 中搭载 Linux 系统，可便利的运行多种语言的算法程序。FPGA 中可以实现 TU_656 格式解码、YCbCr 转 RGB 图像格式转换等视频解码器解码模块选用 ADI 公司的 ADV7180，这是一款经典的视频 PAL 解码模块，解码模块外围电路我们经过设计、修剪，可尽可能小型化。2.2.3 FPGA 芯片性能指标本系统选用 XILINX 公司生产的 ZYNQ ZC7Z020 芯片。作为 C67x 系统的芯片，其构造特点主要包括：l规律资
9、源足够，可直接在PL局部实现全部掌握功能；（2） 高性能外部存储器接口EMIF供给了与 SDRAM、 SBSRAM和SRAM等同步/异步存储器直接接口；（3） 片内供给多种外设：多通道DMA/EDMA掌握器、SPI总线主/从模式接口、支持多种加载模式；（4） 承受业界领先的Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC架构的处理器，一颗芯片上集成了ARM Cortex-A9 双核CPU和Artix-7 FPGA；（5） 承受基于Cortex-A9的处理器系统，集成了内存掌握器和大量的外设，可独立于可编程规律运行；（6） 基于ARM Cortex-A9 的处理器系统，
10、可用于掌握可编程规律的配置， 以实现在操作期间对可编程规律实现完整或局部重配置；（7） 支持Xilinx最的Vivado开发套件，集成各类可编程开发工具；（8） 支持Linux、Android、FreeRTOS等操作系统；（9） 内置敏捷的PLL锁相时钟电路；（10） 高度支持C/C+设计的各种算法。3 关键技术1） 在FPGA数据处理模块旁加一块NB数据放射模块，数据采集前端处理过的数据通过NB-IoT物联网的方式无线传输到效劳器。经过几年的进展，NB-IoT在我国已经有了很大的规模，基站掩盖范围很广，根本可以囊括全部地区，同时数据处理力量也越来越强，解决了监控数据海量混杂和监控节点分布太广的问题。同时NB-IoT还具有低功耗、低本钱、海量链接等优点，在本系统中使用NB-IoT是一个很好的选择。2） 本系统中的图像处理算法搭载在ZYNQ中的双核ARM处理器中，并且算法可以依据不同的应用场景替换，具有易维护、敏捷性高、性能好等优点。