监控系统视频服务器硬件电路设计

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3.0 朱铭铭 2024-09-24 5 4 4.56MB 18 页 150积分

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监控系统视频服务器硬件电路设计

视频服务器硬件电路的设计是整个嵌入式网络视频监控系统设计的基础，

是对化工厂进行实时监控的安全保障。针对特殊环境的监控要求，系统要能快速

实时、大数据量地采集和处理视频图像数据。嵌入式系统以其本身体积小，实时

性高，稳定性好，支持以太网等优点，成为监控领域的新热点。基于嵌入式技术

的网络化视频监控系统有效地将嵌入式技术和视频技术结合在一起，可以很好

地解决基于 PC 的视频监控系统中存在的问题，体现了视频监控系统的特点：

操作简单、实时可靠、多功能、数字化、经济实用。

本文在硬件设计研究过程中充分考虑了结构的合理性以及高速电路的设计

问题。下面，我将详细的阐述监控系统的硬件电路的设计。

1 电路的总体结构设计

目前市场上监控系统的主流产品一般选择 CPU+AS z c 设计方案。该方案选

择以 ARM 为核的 CPU 和专用媒体处理芯片搭建。虽然这种设计开发时间相对较

短，但由于采用 ASIC，灵活性较差，产品一旦定型，很难更改。因此，我们要

设计一种开发时间不长，还可以不断对产品性能进行升级，降低重复开发成本

的视频服务器。

本文的视频服务器硬件电路设计采用的是 DSP-f-FPGA 结构，该结构的最

大的特点是：结构灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高算

法效率；同时其开发周期较短，算法采用软件代码，系统易于维护和扩展，适

合于实时信号处理。实时信号处理系统中，低层的信号预处理算法处理的数据量

大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，适于用 FPGA 进行硬件

实现，这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是所处理的数据量较

低层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信

机制强大的 DSP 芯片来实现。

监控系统视频服务器硬件总体结构图如图 3. 1。从图中可以看出，DSP 左边

的硬件处理是一个视频图像的采集过程，图像具体处理的实现则是在 DSP 中进

行。视频图像信号经摄像头 CCD 输入后，进入视频解码芯片 SAA7111AHZ 数字

化。由于视频 A/D 采样所产生的数字视频图像数据量特别大，以 PAL 制式视频

信号为例：SAA7111AHZ 输出的数字图像数据，若采用 RGB565 或YUV 格式，

每个像素用两个字节表示，每帧图像为

720pixels×576lines×16bit=414720×16bit=405k×16bit，分成奇数场和偶数场两场。

在图像处理领域，每个象素用一个字节表示，每帧图像为

720pixels×576lines×8bit=405k×8bit。为了兼容黑白和彩色图像采集模式，数据存

储空间按彩色图像的数据量来设计。这里采用一片 IS61LV51216，容量为

512k×16bit，来构成高速图像数据缓存。系统还配置了一片 64Mbits 的SDRAM

存储器MT48LC4M16A2，用于外部数据存储空间的进一步扩展，同时也为

DSP 后续图像进一步处理提供了存储余量。

图3.1 硬件总体结构图

视频采集部分与DSP 通过三态门进行总线隔离，系统采用了 Altera 公司的

FLEXIOK 系列FPGA(EPFlOK10AQC208)来控制二者之间的总线切换逻辑以及

其他一些控制信号的产生。同时在视频图像采集阶段 EPF10K10AQC208 还要负

责完成对 SAA7111AHZ 输出的数字图像数据存储，主要是地址总线数据、读写

及选通信号的产生。

由于 DM642 内部正好集成有以太网媒体存取控制器，本系统用 LXT971 作

以太网物理层自适应收发器，实现了 LXT971 和DM642 无缝连接。由 DM642 传

输过来的数据由 LXT971 转换为以太网物理层能接收的数据后，通过 RJ-45 头

传输到网络，在上位机上实现解码监控。

2 DSP 外围电路的设计

2.1 数字信号处理器

本系统所选用的数字信号处理器(Digital Signal Processor， DSP)是TI 公司

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摘要：

监控系统视频服务器硬件电路设计视频服务器硬件电路的设计是整个嵌入式网络视频监控系统设计的基础，是对化工厂进行实时监控的安全保障。针对特殊环境的监控要求，系统要能快速实时、大数据量地采集和处理视频图像数据。嵌入式系统以其本身体积小，实时性高，稳定性好，支持以太网等优点，成为监控领域的新热点。基于嵌入式技术的网络化视频监控系统有效地将嵌入式技术和视频技术结合在一起，可以很好地解决基于PC的视频监控系统中存在的问题，体现了视频监控系统的特点：操作简单、实时可靠、多功能、数字化、经济实用。本文在硬件设计研究过程中充分考虑了结构的合理性以及高速电路的设计问题。下面，我将详细的阐述监控系统的硬件电路的设计...

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