论文总字数：24231字

摘 要

在以往的生活中，摄像头主要用于照片的拍摄和视频的录制。后来，人们渐渐意识到摄像头的另一个用处——监控。而后将摄像头使用在了一些重要的保护地段，用以进行监控，并将每一时刻的视频数据存储到硬盘中，以供后期进行翻阅查看。再后来就是国家使用的天网系统，在每个路口都设置了一个摄像头，联通整个公安网络，达到监控的效果。这些都有一个共同的缺点——他们将所有时间段的视频都存储了下来，使得在后期翻阅的时候工作人员的工作量会特别的大。本毕业设计正是为了解决这样的一个问题，对图像动态获取作了初步的研究和探讨。

本课题使用了Altera公司的DE2-115平台和TRDB-D5M摄像头模块。

首先运用了IIC总线对摄像头进行初始化，设置相应的输出模式和输出分辨率等。然后将Bayer型格式的图像数据转换成RGB格式。接着通过乒乓操作，将一块SDRAM的地址分割成两部分，用两个写FIFO对SDRAM进行写操作，与此同时用两个读FIFO对SDRAM进行读操作，并且将读出的数据送到显示模块进行VGA显示，从而完成视频图像的采集和显示。

在以上的系统基础上，本课题运用了帧间差分的方式实现了运动目标的判定，主要方法是将格式转换模块得到的RGB格式的图像数据存入了一个固定深度（一帧图像所需的深度）的FIFO中，从而实现相邻帧差分。

综上，本课题通过摄像头对图像实现采集，然后将采集到的图像在VGA显示屏上进行显示，于此同时使用一个帧间差分的方式，对相邻两帧的图像进行比较，来判定监控图像中是否有目标在运动。若有目标在运动，则进行相应的警报操作。从而实现基于Verilog HDL的视频监控安防系统。

关键词：摄像头；视频监控；工作量；动态获取

Video surveillance security system design based on Verilog HDL

Abstract

In the life of the past, the camera is mainly used for photo shooting and video recording. Later, people are gradually aware of the camera’s another useful way - monitoring. And then we use the camera in some important protection areas, to monitor, and every moment of video data stored in the hard disk, for later reading view. Which was later used national justice system, the police set up cameras in each inter-section,connecting the public security network to achieve the effect of monitoring. These all have a common shortcomings - they stored all periods of video, which making the work of reading back these video very difficulty. This graduation design is to solve such a problem, and do a preliminary research and discussion of requirement of the dynamic image.

This topic USES the DE2-115 education platform and TRDB - D5M camera module to complete the project.

Firstly, this project use of the IIC bus initialized to the camera to set the corresponding output mode and the output resolution, etc.Secondly Bayer type and format should be converted into RGB image data format.Then through the ping-pong operation, split a SDRAM address into two parts,and use two FIFO to write SDRAM, at the same time ,use two FIFO for SDRAM read operation to read data to the display module for VGA display,so that the image acquisition and display has completed.

On the basis of the above system, this project uses the method of the frame difference to achieve the judgment of moving targets.The main method is put the RGB format into a FIFO with fixed depth (depth for one picture), to realize the adjacent frame difference.

This project is mainly achieved by cameras for image acquisition, and the collected images for display on VGA display, at the same time use the way of frame subtraction to compare between two frames of the video, monitoring if there is a target moving in the image.If any target is moving in the image, the alarm operation will do the right thing.So as to realize the security video monitoring system based on Verilog HDL.

Keywords: camera; video surveillance; work; requirement of the dynamic image

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 视频监控的国内外研究状况 1

1.3 主要工作 2

1.4 后续章节安排 2

第二章 基础理论和相关技术 3

2.1 FPGA（现场可编程门阵列） 3

2.1.1 FPGA的发展进程 3

2.1.2 FPGA的基本特点与优点 4

2.2 FPGA设计的基本原则 4

2.3 项目的设计思想与运用到的技巧 5

2.3.1 乒乓操作 5

2.3.2 流水线操作 5

2.4 图像相邻帧差法 6

2.4.1 图像帧差法的基本原理 6

2.4.2 相邻帧差图像的结构分析 7

2.5 本章小结 7

第三章 视频监控系统的总体设计 9

3.1 视频图像的采集部分 9

3.2 视频图像缓存和存取部分 10

3.3 视频图像的格式转换以及传输部分 12

3.4 视频图像的显示部分 12

3.5 运动检测报警部分 12

3.6 系统的流程图 13

3.6 本章小结 13

第四章 视频监控系统的设计与实现 14

4.1视频图像采集模块 14

4.1.1 IIC总线配置 14

4.1.2 Bayer型转换成RGB 17

4.2 视频图像显示模块 17

4.3 运动检测报警模块 18

4.3.1 数据预处理 19

4.3.2 数据缓存模块 20

4.3.3 帧间差分 21

4.4 本章小结 22

第五章 系统调试和完善 23

5.1 系统调试 23

5.1.1 测试IIC总线配置摄像头是否完成 23

5.1.2 测试VGA显示是否成功 25

5.1.3 测试运动检测模块是否可行 26

5.2 本章小结 27

总结和展望 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 引 言

1.1 课题研究背景及意义

视频监控系统在国内外的安全防护领域占有很大的市场，他直观的显示了客观事物的视频信息，有着强大的防护功能。近几年来，视频监控技术随着电子技术的发展，从最初的模拟化，到如今的数字化，网络化，有着质的飞跃。除了安防领域，视频监控还广泛的运用到了医学生物、交通运输以及各类科研或者产品制作等各个领域。尤其在城市车辆交通管理系统里，视频监控室必不可少的一个功能模块。例如各类停车场的车辆进出、各街道公路的实时监控。如果没有了视频监控技术的协助，将会带来各种各样的问题。但是，在现有的生活应用中，一般情况下视频监控系统是每时每刻都在工作的，记录着镜头下的每一时刻的视频图像信息，他就需要一种稳定性高、可靠性强的系统设计^[1]。

在早期的视频监控中，一般都是模拟信号为主的监控系统，图像不清晰，并且模拟信号处理过慢，很难符合现今的要求，并且每时每刻的数据都存储下来的话会占用很大硬盘空间。在现今，现场可编程逻辑器件FPGA技术的日渐成熟，使得设计变得简单明了，成本也变得低廉，而且内部还嵌入了dsp、arm、乘法器等内核，性能得到进一步提高。

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