2012最新千兆網(wǎng)接口攝像機設(shè)計方案

1、1引言隨著監(jiān)控系統(tǒng)在商用民用的日漸普及，監(jiān)控攝像機被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，為社會治安保駕護航。視頻監(jiān)控攝像機廣泛應(yīng)用于居民住宅、樓盤別墅、商場店鋪、財務(wù)室。每個不同的應(yīng)用領(lǐng)域，需要有不同類型的監(jiān)控攝像機。傳統(tǒng)的監(jiān)控攝像機圖像分辨率低，難以滿足一些有特殊要求的應(yīng)用場合。利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對高分辨率高幀率視頻圖像傳輸是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種重要思想。但百兆網(wǎng)傳輸帶寬不足、數(shù)據(jù)傳輸速度太慢嚴重制約了其在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用。針對這一問題，本文提出了基于千兆以太網(wǎng)傳輸視頻圖像并充分利用了FPGA并行處理和SDRAM高速緩存的優(yōu)勢，提高了視頻圖像的傳輸速度。2硬件總體設(shè)計硬件總體框架如上圖，主控制器FPGA選用alte

2、ra公司高性價比芯片EP2C20F256C6N。系統(tǒng)工作頻率為100M。圖像傳感器的數(shù)據(jù)首先在FIFO里緩沖后暫存于SDRAM，在網(wǎng)絡(luò)空閑時將暫存的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)FIFO2緩沖后送MAC芯片，再發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。CMOS芯片選用MicronTechnology的MT9P031，在500萬像素的滿分辨率下最高可輸出14幀的圖像數(shù)據(jù)。SDRAM選用WBH-75，容量為32Mbytes,g與FPGA內(nèi)部FIFO結(jié)合可設(shè)計為32Mbytes的大容量循環(huán)緩存，在圖像分辨率為300萬像素時可緩存10幀以上圖像數(shù)據(jù)。千兆網(wǎng)接口MAC芯片選用AX88180，物理層芯片選用88E1111，再通過網(wǎng)絡(luò)變壓器及RJ45用六

3、類網(wǎng)線與計算機千兆網(wǎng)卡相連。3千兆網(wǎng)接口設(shè)計AX88180是亞信公司推出的一款高性能低成本的Non-PCI千兆以太網(wǎng)控制器,適用于多種需要高速接入網(wǎng)絡(luò)的嵌入式系統(tǒng),如消費電子和家庭網(wǎng)絡(luò)等。AX88180內(nèi)置10/100/1000Mb/s以太網(wǎng)媒體存取控制器（MAC）,符合IEEE802.3/IEEE802.3u/IEEE802.3ab協(xié)議,可與一般16/32位微控制器連接,其操作與SRAM相同。AX88180內(nèi)置10/100/1000Mb/s以太網(wǎng)媒體存取控制器（MAC）,與PHY之間采用RGMII接口；內(nèi)置主機接口控制器,可以與16/32位主機方便連接尋址方式與SRAM相同；內(nèi)置40KBSR

4、AM網(wǎng)絡(luò)封包緩存器,其中32KB用于從PHY接收數(shù)據(jù)包,KB用于主機發(fā)送數(shù)據(jù)包到PHY,可以用高效方式進行封包的存儲、檢索與修改；內(nèi)置256字節(jié)的配置寄存器,用于主機控制和參數(shù)設(shè)置；內(nèi)置EEP-ROM接口；內(nèi)置IP/TCP/UDP校驗和大大減小微控制器的運算負載,改善傳輸反應(yīng)時間。圖2為AX88180及PHY芯片88E1111的連接圖。3.1千兆網(wǎng)接口初始化對千兆網(wǎng)接口的初始非常重要，如果初始化不正確，系統(tǒng)將無法正常工作。對接口的初始化主要包括對AX88180和88E1111的初始化。代碼用verilog語言完成。具體代碼可參考亞信公司的驅(qū)動程序代碼，應(yīng)注意初始化時需要加入一些固定的延時以確定

5、芯片正常工作。3.2圖像數(shù)據(jù)的封包當圖像的分辨率為20481536時，一個UDP數(shù)據(jù)包包含1024字節(jié)的圖像數(shù)據(jù)和兩個bytes圖像行編號。當計算機收到數(shù)據(jù)包時，根據(jù)圖像行編號信息放入對應(yīng)的內(nèi)存中，可以很方便的組合成一副完整的圖像。并且，采用行編號的形式，還可防止某一兩個數(shù)據(jù)包丟失后導(dǎo)致整副圖像都無法顯示的問題。以下這FPGA寫入AX88180的UDP包頭代碼。case（param_num）d0:w_ddd3:w_ddd6:w_ddd7:w_ddd8:w_ddd9:w_ddd10:w_ddd11:w_ddd12:w_ddd13:w_ddd14:w_ddd15:w_ddd16:w_ddd17:w

6、_ddd18:w_ddd19:w_ddd20:w_ddd21:w_dddefault:w_ddendcase3.3應(yīng)用程序設(shè)計由于大量數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，用SOCKET的方式來獲圖像數(shù)據(jù)包已經(jīng)比較困難，丟包率會比較高。采用Winpcap來捕獲網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包，可有效的減少丟包率。用Winpcap編寫程序需要安裝開發(fā)包及驅(qū)動程序。第一步，指定要通信的網(wǎng)卡設(shè)備并打開。BOOLInitWpcap（）pcap_if_talldevs；pcap_if_td；errbufPCAP_ERRBUF_SIZE；if（pcap_findalldevs（&alldevs,errbuf）=-1）AfxMessageBox

7、（“Errinpcap_findalldevs）；returnFALSE；/枚舉網(wǎng)卡然后添加到用戶選擇的ComboBox中,代碼省略filter=port6000；/只接收端口6000的數(shù)據(jù)bpf_u_int32NetMask=0xFFFFFF；structbpf_programfcode；if（pcap_compile（m_pcap,&fcode,filter,1,NetMask）AfxMessageBox（nErrcompilingfilter:wrongsyntax）；pcap_close（m_pcap）；returnFALSE；if（pcap_setfilter（m_pcap,&fco

8、de）AfxMessageBox（nErrsettingthefiltern）；pcap_close（m_pcap）；returnFALSE；pcap_freealldevs（alldevs）；/釋放alldev資源returnTRUE；第二步：開啟一個線程接收數(shù)據(jù)。UINTRecvProc（LPVOIDlpParammeter）pcap_loop（m_pcap,0,packet_handler,NULL）；return0；packet_handler是處理收到數(shù)據(jù)包的回調(diào)函數(shù)，當從port6000收到數(shù)據(jù)后它會被調(diào)用，直到線程終止。第三步：處理收到的數(shù)據(jù)voidpacket_handler（

9、u_param,conststructpcap_pkthdrheader,constu_pkt_data）constu_real_data=pkt_data+42；introw=real_data0+（real_data4總結(jié)兆網(wǎng)接口攝像機，網(wǎng)絡(luò)傳輸有效數(shù)據(jù)帶寬達400Mb/s以上，較好的解決了百兆網(wǎng)傳輸帶寬不足、數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題。傳輸300萬像素不進行壓縮的原始圖像，幀率可達18幀秒，視頻流暢清晰。計算機采用Winpcap捕獲圖像數(shù)據(jù)，丟包率小于0.02%。北京至福州貨運專線 北京到上海物流專線 北京到南京物流專線/小口徑膛線無縫鋼管 gcr15軸承鋼管 軸承鋼管生產(chǎn)廠 /KCB齒輪泵廠家 RY導(dǎo)熱油泵 LQB瀝青保濕泵/有載調(diào)壓電力變壓器 高出力變壓器 非晶合金變壓器/電動二通閥 汽水分離器 緩閉式止回閥/杭州電