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图像压缩网络终端的设计

作　者: 王勇
导　师: 孟华
学　校: 大连理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 图像采集图像压缩网络传输 FPGA
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要

随着图像传感器技术和计算机网络通信技术的成熟,网络视频近年来发展迅速,并在教育、交通、工业等领域中逐渐开辟了广阔的应用空间。在实际需求和理论分析的基础上,本文提出了图像压缩网络终端的设计方案。图像压缩网络终端由图像信号采集及数字化模块、视频数据压缩模块、网络传输模块和图像显示模块组成。考虑到FPGA高速、灵活的接口优势,本设计选择FPGA芯片XC3S250E作为核心控制器,采用CCD图像传感器获得视频信号,经过相关双采样处理,由CXD3142R实现视频信号数字化。在数字化的基础上,FPGA以19MHz的频率接收YUV4:2:2格式的数字视频数据,经过频率变换后以27MHz的频率将数据发送到压缩芯片ZR36060中。当ZR36060完成压缩后,FPGA从FIFO中读取压缩数据并发送到网络传输芯片W5300中,最后控制器启动发送命令,完成视频数据压缩和网络传输过程。上位机接收到视频数据后,进行储存、解码、显示实时图像。图像压缩网络终端底层硬件驱动是在ISE软件10.1版本的开发平台上设计完成的。下位机采用Verilog HDL硬件描述语言实现对压缩芯片、网络传输芯片的初始化,完成对视频数据的变频传送、读取、网络传输等功能。上位机界面开发基于LabVIEW平台,采用图形化编辑语言实现UDP传输接收并完成解码以及实时显示。实验结果表明,该网络终端完成了对图像的获取,处理,压缩和传输,在上位机获得了实时监控图像。通过实际测试可知,压缩比控制在20:1内,图像可以达到比较满意的视频效果。该设计传输速率约3Mb/s,实现了用较小带宽传输图像数据的功能,实现了数字图像压缩与网络传输的目标,可以长时间的稳定运行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题研究的背景及实际应用价值  8-9
  1.2 国内外发展现状  9-10
  1.3 论文的主要内容  10-11
2 网络终端总体结构及主控器设计  11-15
  2.1 网络终端结构设计  11
  2.2 网络终端各模块功能介绍  11
  2.3 控制器的设计  11-14
    2.3.1 FPGA简介  11-13
    2.3.2 XC3S250E配置  13-14
    2.3.3 网络终端功能模块化  14
  2.4 本章小结  14-15
3 图像信号采集及数字化  15-30
  3.1 CCD简介  15-23
    3.1.1 图像传感器的发展  15
    3.1.2 CCD分类  15-18
    3.1.3 HAD CCD基本工作原理  18-20
    3.1.4 Sony ICX405AK  20-23
  3.2 相关双采样原理  23-25
    3.2.1 相关双采样基本原理  23-24
    3.2.2 相关双采样的实现  24-25
  3.3 行列驱动  25-26
  3.4 视频信号数字化  26-29
  3.5 本章小结  29-30
4 JPEG压缩及实现  30-41
  4.1 JPEG编码原理  30-32
    4.1.1 编码器流程  30-31
    4.1.2 量化表  31
    4.1.3 熵编码表  31-32
  4.2 JPEG数据格式  32-33
  4.3 ZR36060压缩器件  33-39
    4.3.1 视频接口  34-35
    4.3.2 主机接口  35-38
    4.3.3 代码接口  38-39
  4.4 电路设计  39-40
  4.5 本章小结  40-41
5 网络传输的实现  41-45
  5.1 传输控制协议  41
  5.2 W5300内部结构  41-43
  5.3 W5300电路设计  43-44
  5.4 本章小结  44-45
6 网络终端软件设计  45-56
  6.1 驱动程序设计  45-53
    6.1.1 ZR36060驱动设计  46-48
    6.1.2 W5300驱动设计  48-53
  6.2 上位机网络通信及解码显示程序的设计  53-55
  6.3 网络终端调试遇到的问题及结果  55-56
结论  56-57
参考文献  57-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

图像压缩网络终端的设计

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