基于SOPC技术的视频传输系统设计与实现

发布时间：2019-11-20 05:35

【摘要】：随着数字视频处理技术和网络通信技术的迅速发展以及移动智能终端的普及,人们对视频形式的多媒体业务的需求不断增长。然而,数字视频信号的数据量极大,占用大量的存储空间和传输带宽,为此,国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)陆续提出了多种数字视频压缩标准。其中,JPEG2000压缩标准凭借优异的特性在移动通信和IP网的视频传输中得到广泛应用。JPEG2000编解码器拥有优异特性的同时,实现却很复杂,已成为影响视频传输系统实时性的关键因素。SOPC是基于FPGA的单片高性能嵌入式系统,具有软硬件皆可编程的特点,可将复杂的算法使用硬件加速实现,能够有效改善系统的实时性能。本文在研究了JPEG2000编码算法和SOPC设计技术的基础上,完成了视频传输系统的软硬件设计以及在Zynq7000平台上的实现。论文的主要内容包括如下几个方面:(1)研究了SOPC软硬件协同设计技术,同时针对Zynq7000平台深入学习了Xilinx提供的设计方法、开发工具和设计流程,然后根据系统要求,完成了视频传输系统的软硬件划分和总体架构设计；(2)研究了可重用IP核设计技术,同时重点学习了JPEG2000编码器的接口、AXI4总线协议和AXI-Datamover的使用方法,完成了可重用jp2k_core核的设计与实现；(3)根据软硬件划分结果,分析了硬件系统实现的功能和软硬件接口,完成了硬件系统架构设计,然后基于Vivado IDE实现了硬件系统；(4)根据软硬件划分结果,分析了软件系统实现的功能和软硬件接口,完成了软件系统架构设计。然后,针对软件系统功能模块,分别实现了Zynq7000平台的Linux移植、基于V4L2规范的视频采集程序设计、基于Socket接口的网络数据传输程序设计、基于Misc驱动模型的jp2k_core模块的内核驱动设计和JPEG2000编码的控制程序设计：(5)分析了JPEG2000压缩噪声中分片效应的产生原因,提出了基于前后向滤波的消除方法,并在软件中实现；(6)研究了Linux系统多进程与多线程程序设计方法,在软件功能模块实现的基础上,根据模块性能进行了线程划分,最后完成了视频传输系统的软件设计与实现。在视频传输系统的软硬件实现后,使用ZC702评估板对系统进行了软硬件协同测试,测试结果显示视频传输系统能够正常工作,且可以有效消除分片效应的影响,同时兼有很好的实时性。
【图文】：

交叉编译,工具集,内核

＿ＣＯＭＰＩＬＥ、ＰＡＴＨ等。安逡逑装结巧如图５．３所示，可见QRｌｉｎｘ提供了完备的交叉编译工具链。逡逑图５．３邋Ｘｉｌｉｎｘ交叉编译工具集逡逑５．３．２嵌人式Ｌｉｎｕｘ内核巧述与编译逡逑内核是操作系统的核屯、，负责管理系统的任务调度、进程管理、内存分配、设备驱逡逑动程序、网络系统和文件系统等，决定着系统的性能和稳定性［３７１。逡逑Ｌｉｎｕｘ内核的源码完全公开，用户很容易通过网络下载。通过内核源码，用户可Ｗ逡逑了解系统的工作原理，根据自身系统的实际情况，定制适合的内核。用户只需遵循ＧＮＵ逡逑通用公共许可证（Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｐｕｂｌｉｃ邋Ｌｉｃｅｎｓｅ，，邋ＧＰＬ）就可Ｗ对内核加Ｗ修改，然后重新编译逡逑内核即可用于自身的嵌入式系统中。逡逑Ｌｉｎｕｘ内核驱动程序的编译方式有两种，其一是将驱动程序编译进内核，其二是将逡逑驱动程序编译成模块。逡逑本系统为了增加对ＵＳＢ摄像头的支持，将ＵＳＢ视频类（ＵＳＢ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｃｌａｓｓ，邋ＵＶＣ）逡逑驱动程序编译进了邋Ｌｉｎｕｘ内核中

内核,参数配置,文件系统,交叉编译

＿ＣＯＭＰＩＬＥ、ＰＡＴＨ等。安逡逑装结巧如图５．３所示，可见QRｌｉｎｘ提供了完备的交叉编译工具链。逡逑图５．３邋Ｘｉｌｉｎｘ交叉编译工具集逡逑５．３．２嵌人式Ｌｉｎｕｘ内核巧述与编译逡逑内核是操作系统的核屯、，负责管理系统的任务调度、进程管理、内存分配、设备驱逡逑动程序、网络系统和文件系统等，决定着系统的性能和稳定性［３７１。逡逑Ｌｉｎｕｘ内核的源码完全公开，用户很容易通过网络下载。通过内核源码，用户可Ｗ逡逑了解系统的工作原理，根据自身系统的实际情况，定制适合的内核。用户只需遵循ＧＮＵ逡逑通用公共许可证（Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｐｕｂｌｉｃ邋Ｌｉｃｅｎｓｅ，邋ＧＰＬ）就可Ｗ对内核加Ｗ修改，然后重新编译逡逑内核即可用于自身的嵌入式系统中。逡逑Ｌｉｎｕｘ内核驱动程序的编译方式有两种，其一是将驱动程序编译进内核，其二是将逡逑驱动程序编译成模块。逡逑本系统为了增加对ＵＳＢ摄像头的支持，将ＵＳＢ视频类（ＵＳＢ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｃｌａｓｓ，邋ＵＶＣ）逡逑驱动程序编译进了邋Ｌｉｎｕｘ内核中
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.8

【参考文献】