項(xiàng)目背景及可行性分析

1．項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況

1）項(xiàng)目名稱：分布式網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2）主要內(nèi)容：構(gòu)建以FPGA為核心的通信處理模塊，內(nèi)置一個(gè)32位處理器，加載uCLinux操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)CMOS接口、一個(gè)SPI射頻接口、一個(gè)以太網(wǎng)接口、一塊液晶顯示器；硬件加速定位、圖像預(yù)處理、編碼等算法；開發(fā)良好人機(jī)交互接口。

3）目前進(jìn)展：目前已經(jīng)完成需求說明，總體模塊劃分。自開發(fā)的無(wú)線射頻模塊已經(jīng)完成。發(fā)射功率32級(jí)可編程，最大發(fā)射功率0dBm,接收靈敏度－85dBm，有效帶寬200kpbs。

2. 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述；

1）基于FPGA的嵌入式視頻技術(shù)

2）分布式網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控技術(shù)

3）基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

4）基于動(dòng)態(tài)局部重配置技術(shù)的智能檢測(cè)與視頻檢測(cè)模塊復(fù)用技術(shù)，充分利用FPGA上的硬件資源。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)單純依賴提高CCD攝像機(jī)圖象質(zhì)量和大面積布置攝像機(jī)來獲得高質(zhì)量的全方位監(jiān)控。但是此類系統(tǒng)需要昂貴的攝像機(jī)為終端，輔助良好的照明環(huán)境，建設(shè)和維護(hù)成本昂貴，能耗較高；同時(shí)需要架設(shè)很長(zhǎng)的供電電纜和視頻傳輸電纜將攝像機(jī)與監(jiān)控中心相連，施工復(fù)雜，成本昂貴；監(jiān)控中心多采取效率低下的人工監(jiān)控和硬盤錄像方式，智能化程度較低。

本項(xiàng)目所述系統(tǒng)采用ZigBee構(gòu)建定位網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)采用以高性能FPGA為核心，配置低功耗CMOS攝像頭模組，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體的定位、跟蹤和圖象處理及傳輸功能。系統(tǒng)以智能檢測(cè)技術(shù)確定運(yùn)動(dòng)物體所在的敏感區(qū)域，激活該區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行圖象處理算法，提取運(yùn)動(dòng)物體的準(zhǔn)確位置、行為狀態(tài)，并將圖象傳輸至監(jiān)控中心。該系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1）監(jiān)控系統(tǒng)以定位、跟蹤和傳輸三個(gè)層次，只針對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行計(jì)算，能有效配合傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)控和智能監(jiān)控；

2）所有部件采用低功耗電路和睡眠喚醒等軟件功耗算法，可實(shí)現(xiàn)電池供電，安裝、調(diào)試簡(jiǎn)單；

3）FPGA內(nèi)集成32位處理器、視頻接口、射頻接口和其它數(shù)字接口，系統(tǒng)復(fù)雜度和成本有效降低；

4）采用FPGA硬件加速處理數(shù)字圖象、無(wú)線通信協(xié)議，運(yùn)算速度快；

5）基于動(dòng)態(tài)局部重配置技術(shù)的智能檢測(cè)與視頻檢測(cè)模塊復(fù)用技術(shù)，充分利用FPGA上的硬件資源。

6）通信鏈路采用無(wú)線方式，安裝簡(jiǎn)單，施工方便。

3. 技術(shù)成熟性和可靠性論述：

FPGA容量不斷擴(kuò)大，價(jià)格更加貼近大眾，同時(shí)大量免費(fèi)的IP庫(kù)和開放源碼使基于IP的SoC設(shè)計(jì)成為技術(shù)主流，加速了系統(tǒng)開發(fā)過程。以IEEE802.15.4為PHY和MAC層的ZigBee自2003年發(fā)布規(guī)范以來，得到了TI、Freescale和Microchip等聯(lián)盟成員的大力支持，解決方案成熟并推向市場(chǎng)應(yīng)用。CMOS技術(shù)在功耗、像素、幀率方面都取得突破，400萬(wàn)以上像素模塊組已普遍應(yīng)用。雖然現(xiàn)在系統(tǒng)整體上定位較高，但隨著技術(shù)進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來價(jià)格將不會(huì)是系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的主要限制因素。

項(xiàng)目實(shí)施方案

1.方案基本功能框圖及描述

本方案總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1）定位 分兩個(gè)階段: 相對(duì)節(jié)點(diǎn)定位--采用運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)入節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域前后射頻能量變化為特征確定運(yùn)動(dòng)物體的最臨近節(jié)點(diǎn)，確定敏感區(qū)域。利用了運(yùn)動(dòng)物體對(duì)無(wú)線電波產(chǎn)生擾動(dòng)的特性。節(jié)點(diǎn)附近的精確定位--利用CMOS攝像機(jī)監(jiān)控區(qū)域小，針對(duì)簡(jiǎn)單二維畫面，圖像容易做背景過濾、運(yùn)動(dòng)物體提取處理。

2）跟蹤 發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋密集特性，在定位基礎(chǔ)上敏感區(qū)域附近節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，共享定位信息，直接利用各節(jié)點(diǎn)覆蓋重疊的優(yōu)勢(shì)跟蹤物體。

3）傳輸 傳輸定位信息和敏感區(qū)域圖像信息，同時(shí)利用視頻壓縮算法，符合ZigBee帶寬要求。

2.需要的開發(fā)平臺(tái)

實(shí)現(xiàn)本方案所需要的基本功能、功能接口

構(gòu)建以FPGA為核心的通信處理模塊，要求內(nèi)置一個(gè)32位處理器，加載uCLinux操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)CMOS接口、一個(gè)SPI射頻接口、一個(gè)以太網(wǎng)接口；支持ICAP，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重配置；含有多個(gè)DCM；可編程資源豐富，便于實(shí)現(xiàn)硬件加速定位、圖像預(yù)處理、編碼等算法；含有SRAM、DRAM和FLASH；開發(fā)良好人機(jī)交互接口。

所需要的目標(biāo)FPGA開發(fā)平臺(tái)，簡(jiǎn)述為什么需要此平臺(tái)

目標(biāo)平臺(tái)為Virtex II Pro開發(fā)平臺(tái)，主要是因?yàn)椋罕卷?xiàng)目屬于無(wú)線智能監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，需要硬件處理平臺(tái)具有較高的處理速度和豐富的邏輯資源以實(shí)現(xiàn)無(wú)線協(xié)議、大量的數(shù)據(jù)處理以及智能檢測(cè)算法和圖象處理算法的硬件加速，而Virtex-II Pro XC2VP30含有3萬(wàn)個(gè)Logic cells，8個(gè)DCM，足以勝任本設(shè)計(jì)；本項(xiàng)目需要該開發(fā)板中的ICAP協(xié)助重配置開發(fā)；另外板上FPGA內(nèi)含有兩個(gè)PowerPC硬核，便于進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)和控制流設(shè)計(jì)，足以勝任復(fù)雜的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、實(shí)時(shí)的圖象的處理和傳輸，且為今后在此智能節(jié)點(diǎn)上升級(jí)硬件加速算法和增添其它智能處理內(nèi)容留下極大的空間。

是否需要其它配套的開發(fā)工具

需要的開發(fā)工具包括MATLAB、ModelSim、XilinxISE、EDK等。

3.方案實(shí)施過程中需要開發(fā)的模塊

在本方案中需要研制、開發(fā)的功能主要模塊，以及開發(fā)的方式

需要研制無(wú)線模塊子板，采用模塊化開發(fā)方式

4.系統(tǒng)最終要達(dá)到的性能指標(biāo)

論述本項(xiàng)目最終完成時(shí)所設(shè)想達(dá)到的目標(biāo)。

1）通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，并判斷物體所在敏感區(qū)域

2）通過視頻算法，確定移動(dòng)物體準(zhǔn)確位置

3）通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)態(tài)跟蹤

4）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)支持可路由的視頻傳輸

需要的其它資源

1.設(shè)計(jì)輸入輸出功能子板

子板功能描述、接口說明、時(shí)間、方式

無(wú)線子板實(shí)現(xiàn)2.4GHz 200kpbs收發(fā)功能，板上主要器件為Microchip公司的MRF24J40,該器件為符合ZigBee協(xié)議的射頻收發(fā)器。

2.測(cè)試設(shè)備

列出在方案實(shí)施過程中所需要的測(cè)試設(shè)備(萬(wàn)用表、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等)

直流穩(wěn)壓電源、萬(wàn)用表、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀

3.方針、開發(fā)工具

列出在方案實(shí)施過程中所需要的仿真、開發(fā)工具等。

Xilinx ISE9.1i, ChipScope™ Pro, AccelDSP™,