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圖像傳感器的選擇
為 了滿足1280x720x25fps的要求，只需要選擇百萬(wàn)像素的傳感器就可以了，我們最終選擇了300萬(wàn)像素的AR0331，還可以實(shí)現(xiàn) 1920x1088x11fps，在實(shí)現(xiàn)1280x720x25fps時(shí)還有電子PTZ功能，AR0331還有寬動(dòng)態(tài)功能，便于攝像機(jī)以后擴(kuò)充寬動(dòng)態(tài)功 能。
外部存儲(chǔ)器
外部存儲(chǔ)器有2片LP DDR SDRAM和1片串行FLASH，串行FLASH用于存儲(chǔ)FPGA的配置數(shù)據(jù)和NIOS的數(shù)據(jù)程序，1片LP DDR SDRAM用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和編碼結(jié)果，1片LP DDR SDRAM用于NIOSII運(yùn)行ucLinux。
FPGA實(shí)現(xiàn)的功能
FPGA作為高清H.264攝像機(jī)的SoC實(shí)現(xiàn)的功能如下：
① 圖像處理
● 邊緣檢測(cè)RAW插值計(jì)算
簡(jiǎn)單的RAW插值計(jì)算會(huì)造成邊緣模糊，增加邊緣檢測(cè)判斷可以避免造成邊緣模糊；
● 3D濾波
從圖像傳感器出來(lái)的圖像包含有噪聲，去噪同時(shí)在幀間和幀內(nèi)進(jìn)行；
● 2D銳化
由于鏡頭等因素影響，從圖像傳感器出來(lái)的圖像需要銳化才能清晰；
● GAMMA校正
從圖像傳感器出來(lái)的圖像灰度不正確，需要做GAMMA校正，獲得正確的灰度；
● 自動(dòng)曝光控制
根據(jù)亮度條件調(diào)節(jié)適合的曝光參數(shù)；
● OSD顯示
可以疊加2048位圖像，圖像以宏塊為單位，結(jié)構(gòu)可以有128x1、64x2、32x4、16x8、8x16、4x32、2x64、1x128等選擇，在屏幕的位置可以設(shè)置；
● 區(qū)域管理
可以定義隱私區(qū)域、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)區(qū)域等；
② 編碼處理
● 編碼格式
用H.264 main profile with cabac算法編碼，可以提高壓縮率，減少碼流；由于完全實(shí)現(xiàn)H.264的全部算法需要大量的資源，需要很大容量的FPGA，這是不現(xiàn)實(shí)的，如我們用1個(gè)測(cè)試序列做過(guò)測(cè)試，2個(gè)參考幀比1個(gè)參考幀的壓縮率提高了5%，但是2個(gè)參考幀的處理要比1個(gè)參考幀的處理需要多遠(yuǎn)不止5%的資源，對(duì)于一些很復(fù)雜而壓縮 率提高不多的方法我們暫時(shí)不采用，降低碼流是1個(gè)系統(tǒng)性的工作，需要從多個(gè)環(huán)節(jié)考慮；另外我們必須保證算法的準(zhǔn)確，以免在解碼端產(chǎn)生誤差；
● 編碼能力
最大為1280x720x25fps，如果需要同時(shí)編碼多路碼流，需要考慮3路碼流的每秒宏塊編碼數(shù)量之和不能大于90000，如 1280x720x23fps+320x180x23fps，1136x640x24fps+568x320x24fps+284x160x24fps 等；
● 圖像質(zhì)量控制
編碼量化參數(shù)調(diào)整范圍：24~41，值小碼流大，圖像質(zhì)量好，值大碼流小，圖像質(zhì)量差；
● 碼流控制
碼流控制方式為CBR，控制平均碼流；
?、?網(wǎng)絡(luò)處理
● 網(wǎng)絡(luò)速度峰值
目前網(wǎng)絡(luò)接口使用全雙工100M以太網(wǎng)，由于圖像的編碼數(shù)據(jù)量是不均勻的，I幀的編碼數(shù)據(jù)量大，P幀的編碼數(shù)據(jù)量小，所以數(shù)據(jù)量呈脈沖式分布，在傳輸I幀的 編碼數(shù)據(jù)時(shí)盡量采用大的網(wǎng)絡(luò)速度有利于減少延遲，但是應(yīng)該考慮到ADSL的承受能力，可以設(shè)置1~70M的網(wǎng)絡(luò)速度峰值；
● 碼流均值
碼流均值是1秒種傳送的數(shù)據(jù)量，可以設(shè)置16Kbps~8128Kbps的碼流均值；CBR的碼流控制方式就是根據(jù)碼流均值來(lái)進(jìn)行的；
● 碼流緩沖
由于編碼數(shù)據(jù)量呈脈沖式分布，當(dāng)編碼的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度高于網(wǎng)絡(luò)速度峰值時(shí)，編碼數(shù)據(jù)就需要緩存在LP DDR SDRAM，否則就會(huì)丟失；
● 協(xié)議
TCP、RTP、RTSP、DHCP、NTP、HTTP、FTP、SMTP和DDNS；
?、?管理
● NIOS II
NIOS II是內(nèi)置CPU，運(yùn)行ucLinux，負(fù)責(zé)媒體流數(shù)據(jù)的緩沖和打包發(fā)送；
● 參數(shù)（通過(guò)WEB提供）
接收參數(shù)設(shè)置和更新，保留2份參數(shù)，1份是出廠時(shí)的參數(shù)，1份是實(shí)際使用的參數(shù)，在正常加電時(shí)實(shí)際使用的參數(shù)起作用，按復(fù)位鍵時(shí)出廠時(shí)的參數(shù)起作用；
● 升級(jí)（通過(guò)WEB提供）
FLASH里面保存兩個(gè)配置數(shù)據(jù)，1個(gè)是出廠時(shí)的配置數(shù)據(jù)，1個(gè)是升級(jí)后的配置數(shù)據(jù)，當(dāng)按復(fù)位鍵和升級(jí)配置數(shù)據(jù)加載失敗時(shí)按出廠時(shí)的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行加載，否則按升級(jí)配置數(shù)據(jù)加載；
● 報(bào)警接口（通過(guò)WEB提供）
提供報(bào)警信號(hào)的上傳功能；
?、?音頻
支持雙向64kbits ALaw和16kbits/32kbitsADPCM的收發(fā)，聲音偵測(cè)。
5. 結(jié)束語(yǔ)
用FPGA作為SoC的高清低碼流H.264攝像機(jī)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，視頻質(zhì)量清晰流暢，完全滿足智能手機(jī)作為監(jiān)控終端的要求。
來(lái)源：EDN China；作者：深圳市圖視佳電子有限公司 肖思明 夏冰
——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《視音頻技術(shù)特刊》“透視新設(shè)計(jì)欄目”，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！
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