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基于嵌入式软核NiosⅡ的网络视频监控系统
论文：基于嵌入式软核NiosⅡ的网络视频监控系统
摘要：网络视频监控系统是一种日益普及的应用，它通过网络将监控画面传输到远程终端，使得用户可以随时随地地观看监控画面，提高了监控的效率和安全性。本文介绍了一种采用嵌入式软核NiosⅡ的网络视频监控系统，该系统具有运行速度快、资源占用低、稳定性高等优点。文章分别从硬件、软件和应用三个层面介绍了系统的设计和实现细节。
关键词：NiosⅡ、网络视频监控、嵌入式系统
一、引言
网络视频监控系统是一种通过网络连接摄像机和监视器，实现视听信息传输的技术，应用广泛。采用网络视频监控系统，用户可以实现远程监控，随时随地地观看监控画面，提高了安全性。网络视频监控系统是受计算机技术、通信技术和多媒体技术的多重影响下发展而来的新型系统。
本文旨在介绍一种采用嵌入式软核NiosⅡ的网络视频监控系统的设计和实现。通过硬件和软件的结合，实现了功能强大、占用资源低的网络视频监控系统，可广泛应用于安防领域。
二、系统设计
系统硬件层面
本系统采用德州仪器（TI）的视频处理器TVP5150，能够对PAL、NTSC和SECAM格式的视频信号进行编码和处理，支持从CVBS（复合视频基带信号）、S-Video和YPbPr（分量视频）接口采集视频。硬件平台采用基于ALTERACycloneII系列FPGA板和嵌入式软核NiosⅡ的方案。图1是系统硬件结构示意图。
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图1系统硬件结构示意图
系统软件层面
系统软件主要由NiosⅡ处理器的软件和BSP（板级支持包）组成，BSP是一种预先编写好的函数和驱动程序的软件包，它负责连接操作系统和硬件。本系统采用uCOSII操作系统，操作系统负责管理进程和处理线程、内存分配等。图2是系统软件结构示意图。
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图2系统软件结构示意图
系统应用层面
系统应用主要是通过网页或者客户端程序进行监控画面的显示和控制，用户可以通过网页或者客户端程序对摄像机进行控制和配置，实现实时监视。应用层面可以分为服务端和客户端两部分，服务端主要通过网页显示监控画面，支持多路视频实时预览、录像、回放功能；客户端主要通过客户端程序实现对监控画面的实时查看和控制，支持PTZ控制、云台控制等功能。图3是系统应用结构示意图。
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图3系统应用结构示意图
三、系统实现
系统硬件实现
在硬件方面，本系统采用了FPGA晶片和嵌入式软核NiosⅡ处理器，利用NIOSII/e板和视频采集卡对视频信号进行采集和处理。数据接口采用SDRAM和EEPROM外部存储设备，IO接口采用RS232串口、RJ45网口等，以完成数据的输入输出和网络通信的功能。图4是系统硬件实现的原理图。
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图4系统硬件实现的原理图
系统软件实现
在软件方面，本系统采用uCOSII操作系统和BSP开发环境，通过uCOSII操作系统提供的硬件驱动、任务管理、信号量和事件控制等功能，实现系统数据的处理、任务分配、数据共享和互斥，同时减少对硬件资源的占用。图5是系统软件实现的框图。
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图5系统软件实现的框图
系统应用实现
在应用方面，本系统通过网页或者客户端程序实现了对监控画面的实时查看和控制，并支持PTZ控制、云台控制等功能，提供了多种视频展示模式的切换和多屏幕分屏的设置，适应了不同用户需求。同时，系统利用视频压缩技术、流媒体技术和控制网络传输技术，实现了远程监控的高效和稳定。图6是系统应用实现的框图。
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图6系统应用实现的框图
四、系统优势
本系统采用嵌入式软核NiosⅡ的方案，具有如下优势：
①运行速度快：NiosⅡ处理器采用流水线技术和多级缓存，提高了系统运行的效率和响应时间。
②资源占用低：嵌入式软核占用资源比较小，可以有效地减少硬件的成本和空间。
③稳定性高：NiosⅡ处理器支持硬件复位和软件复位功能，可以有效地防止系统意外宕机。
④灵活性强：NiosⅡ处理器的外设接口可以根据应用需要进行定制和扩展，可以满足不同应用场景的需求，具有良好的灵活性。
五、结论
在本文中，我们介绍了一种基于嵌入式软核NiosⅡ的网络视频监控系统的设计和实现。通过硬件和软件的结合，实现了功能强大、占用资源低的网络视频监控系统，并分别从硬件、软件和应用三个层面介绍了系统的设计和实现细节。通过实际应用测试，验证了系统的可靠性和稳定性，并且在安防领域具有良好的应用前景。