[發(fā)明專利]一種基于FPGA的嵌入式視頻服務(wù)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410809359.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN105763839A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王棟;李新生;張浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安鴻騰信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N7/18
• 分類號(hào): H04N7/18;H04N21/21;H04N21/61
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視頻處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的嵌入式視頻服務(wù)器。

背景技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，亦即為監(jiān)控系統(tǒng)量體裁衣的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)集軟硬件于一體，主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。

嵌入式操作系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的，支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依靠性、軟件固態(tài)化及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)為專用系統(tǒng)，所以系統(tǒng)小，指令精簡(jiǎn)，處理速度快；系統(tǒng)數(shù)據(jù)置于ROM/FLASHMEMORY，調(diào)用速度快，不會(huì)被改變，穩(wěn)定性好；系統(tǒng)處理實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定；文件管理系統(tǒng)更適合于大量的數(shù)據(jù)。

嵌入式視頻Web服務(wù)器是在視頻服務(wù)器內(nèi)置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。攝像機(jī)送來的視頻信號(hào)數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過內(nèi)部總線送到內(nèi)置的Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)上用戶可以直接用瀏覽器觀看Web服務(wù)器上的攝像機(jī)圖像，授權(quán)用戶還可以控制攝像機(jī)、云臺(tái)、鏡頭的動(dòng)作或?qū)ο到y(tǒng)配置進(jìn)行操作。由于把視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，可以直接連入局域網(wǎng)，達(dá)到即插即看，省掉多種復(fù)雜的電纜，安裝方便(僅需設(shè)置一個(gè)IP地址)，用戶也無需安裝任何硬件設(shè)備，僅用瀏覽器即可觀看。

嵌入式Web服務(wù)器實(shí)際上基于嵌入式電腦技術(shù)，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，又由于視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，直接連入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，即插即看，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性大大提高，也無需專人管理，非常適合于無人值守的環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器(NetworkedVideoServer)是采用通信、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，基于最先進(jìn)的視頻壓縮技術(shù)開發(fā)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。一般采用標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，不僅能在本地局域網(wǎng)傳送實(shí)時(shí)圖像，還可以在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的ISDN、PSTN、xDSL路由器、廣域網(wǎng)、INTERNET和無線網(wǎng)絡(luò)上傳送高清晰圖像，對(duì)于語音傳送，也真正達(dá)到了實(shí)時(shí)并與視頻同步。

FPGA由可編程邏輯單元陣列、布線資源和可編程的I/O單元陣列構(gòu)成，一個(gè)FPGA包含豐富的邏輯門、寄存器和I/O資源。一片F(xiàn)PGA芯片就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百片甚至更多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。

FPGA的結(jié)構(gòu)靈活，其邏輯單元、可編程內(nèi)部連線和I/O單元都可以由用戶編程，可以實(shí)現(xiàn)任何邏輯功能，滿足各種設(shè)計(jì)需求。其速度快，功耗低，通用性強(qiáng)，特別適用于復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。使用FPGA還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置、在線系統(tǒng)重構(gòu)(可以在系統(tǒng)運(yùn)行的不同時(shí)刻，按需要改變電路的功能，使系統(tǒng)具備多種空間相關(guān)或時(shí)間相關(guān)的任務(wù))及硬件軟化、軟件硬化等功能。

鑒于高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)控制器控制規(guī)模比較大，功能復(fù)雜，故在研制過程中，在傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)控制器的基礎(chǔ)上，通過FPGA技術(shù)及微機(jī)技術(shù)兩者的結(jié)合，來全面提升控制器系統(tǒng)的性能，使整機(jī)的工作效率、控制精度和電氣系統(tǒng)可靠性得到了提高，且操作方便而又不乏技術(shù)的先進(jìn)性。

隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，F(xiàn)PGA不僅告別了傳統(tǒng)觀念的價(jià)格昂貴，而且性能也顯著提升，同時(shí)不斷集成一些新的硬件資源，比如內(nèi)嵌DSP塊、內(nèi)嵌RAM塊、鎖相環(huán)(PLL)、高速外部存儲(chǔ)器接I](DDR)等，作為一個(gè)平臺(tái)，F(xiàn)PGA顯然已經(jīng)非常適合于高性能的視頻和圖像技術(shù)，用FPGA來做實(shí)時(shí)圖像處理，由于可編程邏輯的大容量、靈活性，可以實(shí)現(xiàn)圖像極大的并行處理能力，速度可以比PC機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片快，可以實(shí)現(xiàn)SOPC(片上可編程系統(tǒng))，幫助用戶定制系統(tǒng)，縮短產(chǎn)品研發(fā)和更新?lián)Q代的周期，快速做出有自己特色的，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，越來越多的研究人員開始致力于有關(guān)FPGA的視頻圖像處理技術(shù)。

中國(guó)專利申請(qǐng)“CN200910018650.8”提供了一基于ARM和DSP架構(gòu)的嵌入式視頻服務(wù)器。包括ARM9微處理器、TIC6000DSP芯片、DDR2SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、SATA硬盤、高速以太網(wǎng)控制器，ARM9微處理器分別與TIC6000DSP芯片、DDR2SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、SATA硬盤、高速以太網(wǎng)控制器相連接，負(fù)責(zé)運(yùn)行操作系統(tǒng)和用戶程序。可應(yīng)用于煤礦、醫(yī)院、學(xué)校、道路交通、小區(qū)、酒店等監(jiān)控場(chǎng)合，構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。