主頁（http://www.130131.com）：基于CDMA的無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

    隨著寬帶和無線網(wǎng)絡(luò)的普及和進一步發(fā)展、人們對視頻通信、視頻播放等數(shù)字媒體服務(wù)的要求越來越多，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控就是在這樣的市場環(huán)境下應(yīng)運而生。該系統(tǒng)整合了FPGA數(shù)字視頻信號處理技術(shù)、CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，無論您身在何處、任何時間，都可以迅速接入系統(tǒng)，隨時隨地的進行遠程監(jiān)控管理。 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以和其他的有線/無線網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)兼容，便于用戶在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的使用。

2 系統(tǒng)整體構(gòu)成
　　本文實現(xiàn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩部分：第一部分，利用硬件描述語言實現(xiàn)視頻采集，視頻VGA顯示，視頻壓縮，視頻緩沖存儲。第二部分，在FPGA中嵌入NiosⅡ軟核，通過Nios Ⅱ軟核控制，將緩沖區(qū)的壓縮好的視頻數(shù)據(jù)通過CDMA無線模塊傳輸?shù)竭h端服務(wù)器。

　　視頻采集部分;將攝像頭采集進來的模擬視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并獲取相應(yīng)視頻控制信號。視頻格式轉(zhuǎn)換部分;將采集模塊輸出的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要的視頻格式。視頻緩存部分;將視頻數(shù)據(jù)暫存在FIFO中，然后由FIFO轉(zhuǎn)存在SDRAM中。CDMA模塊部分;將壓縮好的視頻數(shù)據(jù)通過CDMA傳輸?shù)竭h端服務(wù)器。VGA視頻顯示部分;將攝像頭采集進來的視頻通過VGA接口，在本地顯示器顯示。NiosⅡ控制部分;當監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象時，Nios Ⅱ控制系統(tǒng)控制視頻壓縮、視頻緩存和CDMA模塊三部分協(xié)調(diào)工作，將壓縮好的視頻數(shù)據(jù)由CDMA傳輸給遠端服務(wù)器。遠端服務(wù)器將CDMA傳送回來的圖像數(shù)據(jù)在上位機上解壓以圖片方式顯示，并記錄事件發(fā)生時間。

　　用戶端將CDMA傳回的數(shù)據(jù)經(jīng)由提供的解碼記錄軟件，在PC機顯示，并記錄事件發(fā)生時間。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下模塊：圖像采集模塊，圖像處理模塊，VGA顯示模塊，CDMA無線傳輸模塊，遠端服務(wù)器。

3.1 圖像采集模塊
　　采集模塊是整個系統(tǒng)非常重要的前端，采集質(zhì)量的好壞將直接影響整個系統(tǒng)的識別效果，同時采集的速度也是整個系統(tǒng)設(shè)計速度的瓶頸所在。

　　本設(shè)計中采用了ADV7181來完成視頻處理。ADV7181對視頻信號進行采樣解碼后，得到與CCIR656標準兼容的YCrCb 4:2:2格式的輸出編碼。要對YCrCb 4:2:2格式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。

　　彩色CCD攝像頭采集到的模擬視頻信號，經(jīng)過ADV7181芯片的解碼得到數(shù)字視頻信號。ADV7181芯片通I2C總線控制，I2C控制模塊是由自定義外設(shè)實現(xiàn)的，SOPC提供的IP核只需對其參數(shù)進行配置便可加入到該系統(tǒng)中。

　　2C20通過I2C來控制ADV7181B對視頻信號的采樣。ADV7181B芯片產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號、控制信號和狀態(tài)信號送入控制芯片F(xiàn)PGA中，即把場同步信號VREF、行同步信號HREF、奇偶場標志信號RTS0、片選信號CE、垂直同步信號VS、象素時鐘信號LLC2以及數(shù)字視頻信號VPO等管腳連接到FPGA芯片，以獲知各種采集信息。

　　由于攝像頭輸出模擬信號，需要經(jīng)過視頻A/D轉(zhuǎn)化后，把模擬視頻信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字視頻信號，輸入進FPGA芯片，F(xiàn)PGA根據(jù)狀態(tài)信號SRTS0把奇偶場圖像信號分別存儲在SDRAM(ODD)和SDRAM(EVEN)中。

3.2 圖像處理模塊
　　攝像頭采集信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入ITU R656解碼器(Decoder)，經(jīng)解碼后分出的Y、Cr、Cb三種基色信號數(shù)據(jù)線，這三種基色信號、控制信號和時鐘信號進入緩沖器(Buffer)后共同作用輸出Y[7：0]、Cr[7:0]、Cb[7:0]三種基色信號線給RGB模塊，通過對三種基色的混合調(diào)制便可得到彩色的圖像畫面。

　　圖像傳輸過程中需要對圖像信息進行壓縮。由于通常無損壓縮的壓縮比不高，所以在很多情況下，經(jīng)過無損壓縮后的數(shù)據(jù)量仍將超過實際應(yīng)用所能忍受的負荷。所以實現(xiàn)有較高壓縮比的高保真的有損圖像壓縮就很重要。

　　本算法的編碼器包括3個步驟：第1步是對原始圖像進行向量變換，第2步是動態(tài)位分配的向量量化VQ(Vector Quantization)編碼，第3步是進行一種熵編碼。相應(yīng)的解碼器也包括3個步驟：解碼器由編碼器的3個步驟的逆過程按逆序組成。

　　圖像處理部分是整個系統(tǒng)的核心，需要對外圍的器件進行集中控制和處理。FPGA/CPLD對圖像信號的采集、控制、存儲數(shù)據(jù)到SRAM以及從SRAM讀取數(shù)據(jù)都在這里實現(xiàn)。選用CycloneII EP2C20F484C7芯片，利用Verilog HDL作為硬件描述語言，實現(xiàn)對各小模塊的連接控制。

3.3 VGA顯示模塊
　　從攝像頭過來的信號經(jīng)過視頻解碼后到視頻處理芯片，視頻處理芯片輸出三路的R、G、B數(shù)字信號到視頻DAC，然后輸出三路的模擬R、G、B信號到顯示屏顯示。.這其中，視頻DAC的速度直接決定了輸出圖像的分辨率和刷新率，而其精度則決定了輸出圖像的質(zhì)量。DAC的速度和分辨率的關(guān)系可以通過下面的關(guān)系式得到：

　　時鐘頻率=點速率=(水平分辨率)×(垂直分辨率)×(刷新率)/(回掃系數(shù));

　　水平分辨率=行的像素數(shù)目;

　　垂直分辨率=幀的像素數(shù)目。

3.4 CDMA無線模塊
　　CDMA(Code-Division Multiple Access)技術(shù)是近年來在數(shù)字移動通信進程中出現(xiàn)的一種先進的無線擴頻通信技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點。

1)數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)計
　　模塊利用DE1的配置串口與CDMA模塊通信,當監(jiān)視到有人走過時，NiosⅡ系統(tǒng)發(fā)出拍照指令,通過攝像頭記錄下圖像，同時NiosⅡ系統(tǒng)通過UART串口向CDMA發(fā)送信息，CDMA模塊向設(shè)定的手機發(fā)送報警信息,并向上位機發(fā)送圖像信息。

　　NiosⅡ與CDMA的通信是采用AT指令向CDMA模塊發(fā)送命令。當監(jiān)視發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象時, NiosⅡ系統(tǒng)接收到來自監(jiān)控模塊產(chǎn)生的異常信號,馬上進行拍照命令,同時向CDMA發(fā)送AT指令,并利用UART的中斷接收CDMA返回的信號,一旦確認CDMA模塊接收到AT指令將向CDMA發(fā)送下一條指令,如果NiosⅡ系統(tǒng)沒有收到CDMA模塊返回來的OK信號,系統(tǒng)將不斷的向CDMA發(fā)送AT指令直到CDMA響應(yīng)成功。其中NiosⅡ系統(tǒng)接收CDMA返回信號和向CDMA發(fā)送信號采用中斷方式。

2)CDMA響應(yīng)過程
　　系統(tǒng)向CDMA模塊發(fā)送AT指令初始化CDMA模塊,然后調(diào)用建立PPP連接的函數(shù),先用AT指令A(yù)TD#777接通CDMA,然后初始化PPP連接,當PPP連接完成后設(shè)置好相應(yīng)的IP參數(shù)。

　　然后初始化WAP相關(guān)參數(shù),建立WAP連接,調(diào)用信息發(fā)送函數(shù)將圖像信息發(fā)送到與上位機相連接的CDMA模塊中,完成數(shù)據(jù)的傳送后,斷開PPP連接。負責接收數(shù)據(jù)的CDMA模塊把數(shù)據(jù)通過串口傳送到上位機中。
(中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮)