论文总字数：19920字

摘 要

近20年来，半导体技术的发展有力地促进了数字图像采集处理技术在工业、商业、医学、安防、军事、太空开发、科学研究及消费类电子产品中的广泛应用。当前数字视频图像采集系统的实现方式有的基于嵌入式工控机，有的基于FPGA，还要的基于DSP。采用通用DSP的实现方式，灵活性强，能满足特殊视频格式和处理的需要，具有很好的拓展性、可升级性和易维护性，是目前研究的热点。

本文是缩编码基于DSP的视频采集卡的软件设计，主要实现的功能是视频信号的采集、转化数字化、压缩等。通过摄像头采集视频信号，然后通过ADC转化模块将模拟信号转化为数字信号，并通过H.264压缩方式对其进行压缩编码，从而实现完整的视频采集过程。

关键词：嵌入式 视频采集 压缩编码 数模转换

Software design of data acquisition card video

(based on DSP)

ABSTRACT

In the recent 20 years, the development of semiconductor technology effectively to promote the wide application of digital image processing technology in the industrial, commercial, medical, security, military, space exploration, scientific research and consumer electronics. Implementation of the current digital image acquisition system based on embedded computer, some are based on FPGA, based on DSP and the. Realization of the general DSP, flexibility, can meet the needs of special video formats and processing, has good expansibility, scalability and maintainability, is currently a hot research.

Topic is DSP video acquisition card based on the software design, the main function is the collection of video signal conversion, digital, compression etc.. The video signal is collected by the camera, and then converting module converts analog signal into digital signal through ADC, and the compression coding by H.264 compression, so as to realize video capture process complete.

Key Words：Embedded Video capture Compression coding Digital to analog conversion

目录

摘 要 III

Software design of data acquisition card video IV

(based on DSP) IV

ABSTRACT IV

目录 V

第一章 引言 1

1.1课题提出的背景和意义 1

1.2视频采集技术的发展和现状 2

1.3研究思路和技术方法 3

1.3.1研究的主要问题 3

1.3.2采取的研究方法和手段 3

第二章 系统设计 4

2.1 功能需求 4

2.2 系统结构设计 10

2.3 系统方案 10

第三章 视频采集的软件设计 12

3.1 软件设计环境 12

3.1.1 嵌入式开发环境 12

3.1.2 H3521 Linux开发环境 12

3.2 软件总体设计 13

3.2.1图像编码技术 14

3.2.3 H-264技术介绍 15

3.3软件流程 16

第四章 H-264视频压缩编码分析 18

4.1 视频压缩编码基本原理 18

4.1.1图像压缩的方法 18

4.1.2 图像压缩编码的分类 19

4.1.3图像压缩的评价指标 19

4.2 H.264标准的基本架构 20

第五章 总结 23

5.1全文总结 23

5.2心得体会 23

参考文献 25

致谢 27

第一章 引言

1.1课题提出的背景和意义

随着人们工作环境的安全性要求不断提高，安防系统的重要性也越来越突出。其中，视频监控系统融合了计算机，多媒体，通信和网络等多项技术，已成为安全防范系统的重要组成部分。目前视频监控产品已经广泛应用在科学研究、工农业生产、交通运输、资源的遥感探测、医疗卫生、空间探测、航天探测等各个领域的方方面面。

现在目前的采集卡基本上是视频采集卡，也称数据采集卡和图像采集卡，其中图像采集卡主要用于安防监控，一般是对摄像头或者摄像机等信号进行捕捉，并以MPEG格式存储在硬盘上的PCI插槽的卡，也称视频监控卡。目前的视频监控产品正经历着从模拟化向数字化、网络化的迈进过程。视频技术发展到现在归纳起来大致经历了三个阶段：第一个阶段是模拟视频采集处理系统、第二个阶段是基于PC机而动视频采集处理系统，第三个阶段是基于嵌入式和网络接入的视频采集处理系统。经历了三个阶段的发展，视频技术也越来越先进，人们从中也获益匪浅，社会生产和人身财产安全也收到了更周到全面的保护，安全和效率是视频监控产品更为长远的追求，也正是我们研究的目的和意义。

视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分, 也是一种防范能力较强的综合系统。视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多领域。近年来, 随着计算机、网络及图像处理、传输技术的飞速发展, 视频监控技术也得到长足的进步, 集多媒体技术、数字图像处理和远程网络传输等最新技术为一体的多媒体数字监控系统正在逐步取代传统的模拟视频监控系统。

目前已DPS为主要芯片的视频采集卡主要运用与智能视频监控领域，随着宽带网络的普及，微处理器技术的快速发展，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，出现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法，能够快速的处理视频信号。

1.2视频采集技术的发展和现状

智能视频监控是现状研究和应用的热门方向，同时也是未来计算机应用领域的重要方向之一，具有较高的研究价值和应用前景，智能视频监控系统是基于嵌入式视频服务器的视频监控系统的基础上发展起来的。虽然目前以网络为基础的数字视频监控系统能够提供清晰的信号、丰富的多媒体效果，完成数据自动处理、事务处理、网络通讯、图像视频压缩等功能，然而这些还远远不能满足我们当前的需要，随着计算机视觉技术和人工智能理论研究的逐渐深入及其应用的推广，视频监控系统被引向更多的利用视频图像相关技术方向，此时的视频监控系统要求不仅用摄像机代替人眼，而是使用计算机来代替人、协助人，分析监控场景中出现的运动目标和发生的事件，并完成相应的控制任务，使监控系统呈现出人的智能化，从而形成了智能视频监控系统。

数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)是一类以实现高速数字信号处理算法而设计的处理器。DSP 芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构, 具有专门的硬件乘法器, 广泛采用流水线操作, 提供特殊的 DSP 指令集, 可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。近年来, 随着多媒体技术的发展, 一类新的DSP 器件, 媒体处理器, 越来越得到业界的重视。媒体信号处理器的特点是:针对多媒体应用优化了 DSP 内核结构, 提供丰富的音视频接口, 性能更强大, 使用更方便。

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