基于H264与FPGA的网络监控系统的研究与实现

根据国内外监控系统的发展趋势，提出了一种基于FPGA与H264的网络监控系统的实现方案。以FPGA为核心的嵌入式终端CPU、PC机客户端与网络连接设备是本网络视频监控系统的主要组成部分。嵌入式图像服务器采集实时图像并且根据H264编码算法对图像进行压缩，同时监听网络。远端的PC机客户可通过网络远程访问服务器，接收图像视频并显示，能高效地掌握现场情况。提出了用硬件描述语言实现H264压缩编码的解决方案，以改进H264算法运算复杂的缺点。文中详细阐述了帧内预测、DCT变换和量化以及CAVLC编码模块的原理与硬件设计。提出了改进帧内预测的新算法，保证性能的同时大大减小了算法的复杂度。

嵌入式图像服务器中的图像视频采集控制和网络传输是由双NiosⅡ核架构完成的。图像采集使用130万像素的CMOS图像传感器Ov9650。为运行调度多任务，选用C/Os-Ⅱ操作系统。使用轻量IP协议来完成图像数据的网络传输。摄像头采集到的图像视频数据量大，不能直接进行网络传输，需要先经高效视频压缩标准H264进行压缩，减小数据量并增加网络亲和性。网络终端可以通过IP地址远程访问嵌入式图像服务器并开启图像传输。详细描述了如何完成以下工作：对支持LwP协议栈的μC/os-Ⅱ操作系统进行移植和编程，定制Avalon总线型视频采集接口电路、双NiosⅡ系统的内存共享以及两个NiosⅡ核的协调与同步。本系统的验证平台选用Aena提供的开发试验箱。