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本论文设计和实现一个多路无线数字视频传输系统的发送端,并完成了接收端的芯片选型与系统结构设计,同时给出核心算法的实现过程以及系统软件的设计思想。整个系统采用模块化设计,主要功能模块包括:
(1) 四路视频采集模块:选用Omni Vision公司的COMS数字传感器芯片OV7620设计视频采集端,为系统提供30帧每秒、QVGA格式(320×240)的彩色视频图像。整个系统集成四路视频采集模块,可以同时采集四个位置的视频。
(2) 视频整合模块:选用高性能的可编程逻辑器件实现四路QVGA格式视频的整合,输出一路vGA格式(640×480)的视频图像。可编程逻辑器件选用Xinlinx公司的FPGA 芯片XC3S400,该芯片具有40万的系统门(System Gates),8064个等效逻辑单元(Equivalent Logic Cells),56Kb的分布式RAM(DistributedRAM Bits),288Kb的块RAM (Block RAM Bits),5个专用乘法器(DedicatedMultipliers),4个数宁时钟管理单元(DCM),141个可用IO数(Maximum UserI/Os)。
(3) MPEG-4压缩编码模块:选用In Time公司的MPEG-4硬件压缩编码芯片IME6400对合成后的视频进行压缩编码。IME6400是一片240脚PQFP封装的四通道数字音、视频编码系统级芯片,该芯片可以支持MPEG一4/2/1视频压缩编码标准;同时支持I、P和B帧压缩。其图像大小可以编程设定,最大尺寸可达2048×2048;码率可以支持固定和可变码率压缩,带有动态检测功能。
(4) 嵌入式处理器模块:系统控制模块选用Samsung公司的S3C2410A微处理器。这是一款采用ARM920T内核,高性能、低功耗、低成本的32位微处理器。为了提高设计和应用的灵活性,硬件设计上采用核心板加底板的模块化设计方法,在核心板上集成了基于S3C2410的最小系统,主要配置了16MB的Flash存储器和64MB的SDRAM存储器,提供了RTC时钟和工作时钟的晶体,并将其丰富的外设接口资源引出,通过底板来扩展外部功能。
(5) USB无线网卡模块:S3C2410支持两个主USB端口和一个从USB端口。支持802.11g的无线网卡通过丰USB端口接入开发板,将压缩处理后的MPEG-4数据流发送出去。
(6) Ethernet以太网控制模块:采用DAVICOM公司的以太网控制芯片DM9000实现10/100M自适应以太网接口。在系统开发过程中,以太网接口和串口一起作为调试接口使用,而压缩完的视频数据也可以通过此接口输出。
利用本论文研制的嵌入式硬件系统,可以实现四路视频信号的基于MPEG-4算法的压缩,压缩后的视频流可以通过ARM嵌入式处理器模块的USB接口经无线网卡传输或通过以太网接口实现网络传输。本系统可以作为监控系统的前端设备,同时处理多达四路的监控信号。
本论文的创新点在于:(一)集成4路视频采集子模块,提高视频图像采集的灵活性;(二)视频整合算法引入乒乓机制、摒弃传统视频处理常用的外置SDRAM的做法,简化系统结构、降低系统成本;(三)压缩算法采用目前主流的MPEG-4算法,能够在确保图像质量的前提下大幅提高压缩比。