隨著寬帶和無線網絡的普及和進一步發(fā)展、人們對視頻通信、視頻播放等數字媒體服務的要求越來越多，而網絡視頻監(jiān)控就是在這樣的市場環(huán)境下應運而生。該系統(tǒng)整合了FPGA數字視頻信號處理技術、CDMA網絡和Internet網絡的優(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無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以和其他的有線/無線網絡多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)兼容，便于用戶在不同網絡環(huán)境下的使用。

2 系統(tǒng)整體構成
　　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)的壓縮好的視頻數據通過CDMA無線模塊傳輸到遠端服務器。

　　視頻采集部分;將攝像頭采集進來的模擬視頻數據轉換為數字視頻數據，并獲取相應視頻控制信號。視頻格式轉換部分;將采集模塊輸出的視頻數據轉換成需要的視頻格式。視頻緩存部分;將視頻數據暫存在FIFO中，然后由FIFO轉存在SDRAM中。CDMA模塊部分;將壓縮好的視頻數據通過CDMA傳輸到遠端服務器。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)調工作，將壓縮好的視頻數據由CDMA傳輸給遠端服務器。遠端服務器將CDMA傳送回來的圖像數據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傳回的數據經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)設計與實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)設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)設計速度的瓶頸所在。

　　本設計中采用了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格式的數字圖像數據進行后續(xù)處理。

　　彩色CCD攝像頭采集到的模擬視頻信號，經過ADV7181芯片的解碼得到數字視頻信號。ADV7181芯片通I2C總線控制，I2C控制模塊是由自定義外設實現(xiàn)的，SOPC提供的IP核只需對其參數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芯片產生的數字視頻信號、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，需要經過視頻A/D轉化后，把模擬視頻信號轉化成數字視頻信號，輸入進FPGA芯片，F(xiàn)PGA根據狀態(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A/D轉換后送入ITU R656解碼器(Decoder)，經解碼后分出的Y、Cr、Cb三種基色信號數據線，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，經過無損壓縮后的數據量仍將超過實際應用所能忍受的負荷。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。[nextpage]

　　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、存儲數據到SRAM以及從SRAM讀取數據都在這里實現(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量。DAC的速度和分辨率的關系可以通過下面的關系式得到：

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

　　水平分辨率=行的像素數目;

　　垂直分辨率=幀的像素數目。

3.4 CDMA無線模塊
　　CDMA(Code-Division Multiple Access)技術是近年來在數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，具有頻譜利用率高、話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點。

1)數據傳輸方式設計
　　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響應過程
　　系統(tǒng)向CDMA模塊發(fā)送AT指令初始化CDMA模塊,然后調用建立PPP連接的函數,先用AT指令ATD#777接通CDMA,然后初始化PPP連接,當PPP連接完成后設置好相應的IP參數。

　　然后初始化WAP相關參數,建立WAP連接,調用信息發(fā)送函數將圖像信息發(fā)送到與上位機相連接的CDMA模塊中,完成數據的傳送后,斷開PPP連接。負責接收數據的CDMA模塊把數據通過串口傳送到上位機中。

3)TCP/IP協(xié)議
　　TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網間協(xié)議)是一種網絡通信協(xié)議，它規(guī)范了網絡上的所有通信設備。網絡傳輸的基本信息單元是數據包。當包經由 TCP/IP 協(xié)議棧時，每一層上的協(xié)議都會在基本頭中添加或刪除字段。

3.5 遠程服務上位機設計
　　該系統(tǒng)利用VB編寫程序，將CDMA接收回來的圖像數據以文本格式進行存儲，并將圖片在系統(tǒng)界面上顯示，同時記錄事件發(fā)生時間。

3.6 系統(tǒng)軟件設計
　　本系統(tǒng)使用了Altera公司的Quartus II、SOPC Builder、Nios II IDE等軟件進行FPFA內硬件邏輯和嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)。

4 結論　　
        本系統(tǒng)充分發(fā)揮了 SOPC的特點，采用FPGA和嵌入式軟核的思想來設計該系統(tǒng)，用FPGA硬件來采集、分析數據，實現(xiàn)了數據的并行處理;同時，本系統(tǒng)根據需求增加了UART模塊，使得Nios II核能快速的進行數據的傳輸。數據在傳輸之前，通過一個硬件描述語言模塊來實現(xiàn)視頻數據的壓縮。在保證視覺效果的前提下，通過一個簡易的壓縮算法，系統(tǒng)的整體性能得到了大大的提升。傳輸的效率提高了一倍。Nios II 中斷技術的使用，與查詢方式相比，中斷技術大大提高CPU使用的效率。