基于FPGA的视频监控核心技术研发

发布时间：2020-07-17 03:14

【摘要】：视频监控技术正在向微型化、数字化、网络化、高灵活性以及低成本的方向发展,基于视频采集卡或专用处理器芯片的传统视频监控技术因体积大、通用性及灵活性差、高延时等缺点使得其应用场合有所局限。FPGA(可编程逻辑门阵列)以其并行性、可移植性、高速、高集成度等优点使得硬件的软件化以及模块的集成化成为现实。FPGA可以集成视频监控系统的控制器、处理器和接口驱动模块,实现采集、缓存、预处理以及传输等全部功能。FPGA在视频监控领域具有良好的应用前景。论文通过阅读大量国内外文献,分析了当前流行的多种视频监控技术,并基于FPGA设计了一套完整的视频采集及预处理系统。该系统采用Xilinx K7XC7K325TFFG900-2 FPGA作为主处理器,并可移植到其它系列的FPGA处理器。论文给出系统整体设计方案,包括视频采集模块、缓存模块、预处理模块及数据传输模块。设计实现了DVP接口与HDMI接收端接口控制器,支持双通道视频采集,提高了系统的通用性与灵活性;采用DDR3 SDRAM乒乓缓存结构,解决了大数据量缓存延时问题;设计实现了千兆以太网传输控制器与HDMI发送端控制器,支持双通道视频传输,提高了视频数据的传输距离与带宽;为提高监控画面质量,设计实现了灰度转换、图像去噪、Alpha背景叠加与图像缩放等预处理模块。论文完成了监控系统中视频采集、缓存、预处理以及传输的全部模块化功能,并且可以通过参数化编程满足不同需求,增强了系统的扩展性。经过测试与验证,系统功能稳定可靠,达到了预期目标。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN948.6;TN791
【图文】：

本章主要从双通道视频采集及预处理系统的设计方案展开，包括系统的总体逡逑设计架构、各子模块的设计方案以及具体功能介绍。采用Ｘｉｌｉｎｘ公司的逡逑ＦＰＧＡ（ＸＣ７Ｋ３２５ＴＦＦＧ９００－２）作为核心器件，各子模块调试验证完成后移植到逡逑Ａｌｔｅｒａ公司Ｃｙｃｌｏｎｅ系列的ＦＰＧＡ处理器，搭建功能高度集成且具有灵活性的逡逑可移植片上系统。逡逑２．１系统总体设计架构逡逑本文主要完成了基于ＦＰＧＡ的双通道视频采集及预处理系统的整体框架设逡逑计，并着重阐述各模块的实现过程，通过Ｍｏｄｅｌｓｉｍ以及Ｖｉｖａｄｏ内部的逻辑分析逡逑仪验证系统的功能性。实现了系统中涉及的各个子模块，包括摄像头采集模块、逡逑ＨＤＭＩ发送端以及接受端控制模块、ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ高速缓存模块、预处理模块逡逑以及千兆以太网传输模块。中央处理器采用ＦＰＧＡ及Ｖｅｒｉｌｏｇ邋ＨＤＬ（Ｈａｒｄｗａｒｅ逡逑Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ邋Ｌａｎｇｕａｇｅ）硬件描述语言完成各种接口时序控制以及内部协议转换。逡逑

证开发成本以及功能的前提下，本课题采用海力士生产的ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ缓存芯逡逑片，在ＦＰＧＡ内部设计驱动电路实现ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ芯片的读写控制。整体模块逡逑架构如图２－３所示，主要包括：用户端写控制模块、用户端读控制模块、读写仲逡逑裁模块、异步ＦＩＦＯ缓存模块、ＩＰ核写时序控制模块以及ＩＰ核读时序控制模块。逡逑ＩＰ核写控制：ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ控制器ＩＰ核预留了两组总线，其中一组可以逡逑直接绑定到ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ芯片端门，另外一组端ｎ留给用户端使用，该模块的逡逑主要作用是按照ＩＰ核接收数据的时序实现写控制、对应的波形图以及Ｖｅｒｉｌｏｇ逡逑ＨＤＬ代码的实现。逡逑ＩＰ核读控制：该模块的主要作用是按照ＩＰ核读操作时序实现读控制、对应逡逑波形图以及ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ代码的实现。逡逑仲裁模块：该模块的主要作用是控制读写信号产生的先后顺序。假设读写启逡逑动信号同时产生，将会造成地址线以及使能信号同时有效的情况，因此应避免读逡逑写启动信号同时产生。逡逑异步ＦＩＦＯ缓存模块：该模块的主要作用是将不能及时执行的数据及命令进逡逑行缓存，可以根据需求控制外围ＦＩＦＯ接口的数量，当本次操作结束后，可以从逡逑异步ＦＩＦＯ中读取下一次需要执行的命令以及数据，这样可以防止数据和命令的逡逑丢失。逡逑９逡逑

图２－３邋ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ读写控制器整体功能架构图逡逑２－３邋Ｏｖｅｒａｌｌ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＤＤＲ３邋ＳＤＲＡＭ邋ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ邋ｃ户写控制模块：该模块的主要作用是在己经设计完成的ＤＤＲ３邋Ｓ上实现写操作以及双通道数据写地址分配。逡逑读控制模块：该模块的主要作用是在己经设计完成的ＤＤＲ３邋Ｓ上实现读操作以及双通道数据读地址分配。逡逑理模块设计方案逡逑图２＊４所示，为提高视频图像的显示质量和效果，传输至上部设计图像预处理基本算法模块，重点介绍图像预处理常用现过程以及代码设计，包括图像灰度转换、图像去噪、Ａｌｐｈａ像缩放模块。逡逑灰度转换：该模块的主要作用是减少彩色图像的数据量，提。逡逑

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本文编号：2758902