基于低成本FPGA的高清低碼流H.264攝像機(jī)SoC參考設(shè)計(jì)

　　● 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;

　?、?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;

　　③ 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

　　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。