1 引言
随着宽带和无线网络的普及和进一步发展、人们对视频通信、视频播放等数字媒体服务的要求越来越多，而网络视频监控就是在这样的市场环境下应运而生。该系统整合了FPGA数字视频信号处理技术、CDMA网络和Internet网络的优势，无论您身在何处、任何时间，都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理。 CDMA无线网络视频监控系统可以和其他的有线/无线网络多媒体视频监控系统兼容，便于用户在不同网络环境下的使用。
2 系统整体构成
系统整体框图如图1所示。
图1 系统整体框图
本文实现的视频监控系统主要分为两部分：第一部分，利用硬件描述语言实现视频采集，视频VGA显示，视频压缩，视频缓冲存储。第二部分，在FPGA中嵌入NiosⅡ软核，通过Nios Ⅱ软核控制，将缓冲区的压缩好的视频数据通过CDMA无线模块传输到远端服务器。
系统整体框图各部分功能如下：
视频采集部分；将摄像头采集进来的模拟视频数据转换为数字视频数据，并获取相应视频控制信号。视频格式转换部分；将采集模块输出的视频数据转换成需要的视频格式。视频缓存部分；将视频数据暂存在FIFO中，然后由FIFO转存在SDRAM中。CDMA模块部分；将压缩好的视频数据通过CDMA传输到远端服务器。VGA视频显示部分；将摄像头采集进来的视频通过VGA接口，在本地显示器显示。NiosⅡ控制部分；当监控系统发现异常现象时，Nios Ⅱ控制系统控制视频压缩、视频缓存和CDMA模块三部分协调工作，将压缩好的视频数据由CDMA传输给远端服务器。远端服务器将CDMA传送回来的图像数据在上位机上解压以图片方式显示，并记录事件发生时间。
用户端将CDMA传回的数据经由提供的解码记录软件，在PC机显示，并记录事件发生时间。
3 系统设计与实现
本系统设计主要包括以下模块：图像采集模块，图像处理模块，VGA显示模块，CDMA无线传输模块，远端服务器。
3.1 图像采集模块
采集模块是整个系统非常重要的前端，采集质量的好坏将直接影响整个系统的识别效果，同时采集的速度也是整个系统设计速度的瓶颈所在。
本设计中采用了ADV7181来完成视频处理。ADV7181对视频信号进行采样解码后，得到与CCIR656标准兼容的YCrCb 4:2:2格式的输出编码。要对YCrCb 4:2:2格式的数字图像数据进行后续处理。
彩色CCD摄像头采集到的模拟视频信号，经过ADV7181芯片的解码得到数字视频信号。ADV7181芯片通I2C总线控制，I2C控制模块是由自定义外设实现的，SOPC提供的IP核只需对其参数进行配置便可加入到该系统中。图像采集模块如图2所示。
图2 图像采集模块
2C20通过I2C来控制ADV7181B对视频信号的采样。ADV7181B芯片产生的数字视频信号、控制信号和状态信号送入控制芯片FPGA中，即把场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场标志信号RTS0、片选信号CE、垂直同步信号VS、象素时钟信号LLC2以及数字视频信号VPO等管脚连接到FPGA芯片，以获知各种采集信息。
www.5idzw.com模块利用DE1的配置串口与CDMA模块通信,当监视到有人走过时，NiosⅡ系统发出拍照指令,通过摄像头记录下图像，同时NiosⅡ系统通过UART串口向CDMA发送信息，CDMA模块向设定的手机发送报警信息,并向上位机发送图像信息。
NiosⅡ与CDMA的通信是采用AT指令向CDMA模块发送命令。当监视发现异常现象时, NiosⅡ系统接收到来自监控模块产生的异常信号,马上进行拍照命令,同时向CDMA发送AT指令,并利用UART的中断接收CDMA返回的信号,一旦确认CDMA模块接收到AT指令将向CDMA发送下一条指令,如果NiosⅡ系统没有收到CDMA模块返回来的OK信号,系统将不断的向CDMA发送AT指令直到CDMA响应成功。其中NiosⅡ系统接收CDMA返回信号和向CDMA发送信号采用中断方式。
2）CDMA响应过程
系统向CDMA模块发送AT指令初始化CDMA模块,然后调用建立PPP连接的函数,先用AT指令ATD#777接通CDMA,然后初始化PPP连接,当PPP连接完成后设置好相应的IP参数。
然后初始化WAP相关参数,建立WAP连接,调用信息发送函数将图像信息发送到与上位机相连接的CDMA模块中,完成数据的传送后,断开PPP连接。负责接收数据的CDMA模块把数据通过串口传送到上位机中。
3）TCP/IP协议
TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备。网络传输的基本信息单元是数据包。当包经由 TCP/IP 协议栈时，每一层上的协议都会在基本头中添加或删除字段。
3.5 远程服务上位机设计
该系统利用VB编写程序，将CDMA接收回来的图像数据以文本格式进行存储，并将图片在系统界面上显示，同时记录事件发生时间。远端服务器监控显示效果如图6所示。
图6 远端服务器显示
远端服务器应用程序流程图如图7所示：
图7 远端服务器应用程序流程图
3.6 系统软件设计
本系统使用了Altera公司的Quartus II、SOPC Builder、Nios II IDE等软件进行FPFA内硬件逻辑和嵌入式系统软件的开发。该系统的软件流程图如图8所示。
图8 系统软件流程图
4 结论
本系统充分发挥了 SOPC的特点，采用FPGA和嵌入式软核的思想来设计该系统，用FPGA硬件来采集、分析数据，实现了数据的并行处理；同时，本系统根据需求增加了UART模块，使得Nios II核能快速的进行数据的传输。数据在传输之前，通过一个硬件描述语言模块来实现视频数据的压缩。在保证视觉效果的前提下，通过一个简易的压缩算法，系统的整体性能得到了大大的提升。传输的效率提高了一倍。Nios II 中断技术的使用，与查询方式相比，中断技术大大提高CPU使用的效率。
由于摄像头输出模拟信号，需要经过视频A/D转化后，把模拟视频信号转化成数字视频信号，输入进FPGA芯片，FPGA根据状态信号SRTS0把奇偶场图像信号分别存储在SDRAM（ODD）和SDRAM（EVEN）中。
3.2 图像处理模块
由图3可以清楚的看出图像处理过程，摄像头采集信号经A/D转换后送入ITU R656解码器（Decoder），经解码后分出的Y、Cr、Cb三种基色信号数据线，这三种基色信号、控制信号和时钟信号进入缓冲器（Buffer）后共同作用输出Y[7：0]、Cr[7:0]、Cb[7:0]三种基色信号线给RGB模块，通过对三种基色的混合调制便可得到彩色的图像画面。
图像传输过程中需要对图像信息进行压缩。由于通常无损压缩的压缩比不高，所以在很多情况下，经过无损压缩后的数据量仍将超过实际应用所能忍受的负荷。所以实现有较高压缩比的高保真的有损图像压缩就很重要。
