項目背景及可行性分析
1．項目名稱、項目的主要內容及目前的進展情況
1）項目名稱：分布式網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)
2）主要內容：構建以FPGA為核心的通信處理模塊，內置一個32位處理器，加載uCLinux操作系統(tǒng)，驅動兩個CMOS接口、一個SPI射頻接口、一個以太網(wǎng)接口、一塊液晶顯示器；硬件加速定位、圖像預處理、編碼等算法；開發(fā)良好人機交互接口。
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3）目前進展：目前已經(jīng)完成需求說明，總體模塊劃分。自開發(fā)的無線射頻模塊已經(jīng)完成。發(fā)射功率32級可編程，最大發(fā)射功率0dBm,接收靈敏度－85dBm，有效帶寬200kpbs。
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2. 項目關鍵技術及創(chuàng)新點的論述；
1）基于FPGA的嵌入式視頻技術
2）分布式網(wǎng)絡智能監(jiān)控技術
3）基于ZigBee網(wǎng)絡的定位技術
4）基于動態(tài)局部重配置技術的智能檢測與視頻檢測模塊復用技術，充分利用FPGA上的硬件資源。
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傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)單純依賴提高CCD攝像機圖象質量和大面積布置攝像機來獲得高質量的全方位監(jiān)控。但是此類系統(tǒng)需要昂貴的攝像機為終端，輔助良好的照明環(huán)境，建設和維護成本昂貴，能耗較高；同時需要架設很長的供電電纜和視頻傳輸電纜將攝像機與監(jiān)控中心相連，施工復雜，成本昂貴；監(jiān)控中心多采取效率低下的人工監(jiān)控和硬盤錄像方式，智能化程度較低。
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本項目所述系統(tǒng)采用ZigBee構建定位網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中節(jié)點采用以高性能FPGA為核心，配置低功耗CMOS攝像頭模組，實現(xiàn)移動物體的定位、跟蹤和圖象處理及傳輸功能。系統(tǒng)以智能檢測技術確定運動物體所在的敏感區(qū)域，激活該區(qū)域內節(jié)點運行圖象處理算法，提取運動物體的準確位置、行為狀態(tài)，并將圖象傳輸至監(jiān)控中心。該系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點：
1）監(jiān)控系統(tǒng)以定位、跟蹤和傳輸三個層次，只針對運動物體進行計算，能有效配合傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)主動監(jiān)控和智能監(jiān)控；
2）所有部件采用低功耗電路和睡眠喚醒等軟件功耗算法，可實現(xiàn)電池供電，安裝、調試簡單；
3）FPGA內集成32位處理器、視頻接口、射頻接口和其它數(shù)字接口，系統(tǒng)復雜度和成本有效降低；
4）采用FPGA硬件加速處理數(shù)字圖象、無線通信協(xié)議，運算速度快；
5）基于動態(tài)局部重配置技術的智能檢測與視頻檢測模塊復用技術，充分利用FPGA上的硬件資源。
6）通信鏈路采用無線方式，安裝簡單，施工方便。
　　3. 技術成熟性和可靠性論述：
　　FPGA容量不斷擴大，價格更加貼近大眾，同時大量免費的IP庫和開放源碼使基于IP的SoC設計成為技術主流，加速了系統(tǒng)開發(fā)過程。以IEEE802.15.4為PHY和MAC層的ZigBee自2003年發(fā)布規(guī)范以來，得到了TI、Freescale和Microchip等聯(lián)盟成員的大力支持，解決方案成熟并推向市場應用。CMOS技術在功耗、像素、幀率方面都取得突破，400萬以上像素模塊組已普遍應用。雖然現(xiàn)在系統(tǒng)整體上定位較高，但隨著技術進步，在不遠的將來價格將不會是系統(tǒng)大規(guī)模應用的主要限制因素。
　　項目實施方案
　　1.方案基本功能框圖及描述
　　本方案總體結構如下圖所示：
　　
　　1）定位 分兩個階段： 相對節(jié)點定位--采用運動物體進入節(jié)點通信區(qū)域前后射頻能量變化為特征確定運動物體的最臨近節(jié)點，確定敏感區(qū)域。利用了運動物體對無線電波產(chǎn)生擾動的特性。節(jié)點附近的精確定位--利用CMOS攝像機監(jiān)控區(qū)域小，針對簡單二維畫面，圖像容易做背景過濾、運動物體提取處理。
　　2）跟蹤 發(fā)揮網(wǎng)絡覆蓋密集特性，在定位基礎上敏感區(qū)域附近節(jié)點相互協(xié)作，共享定位信息，直接利用各節(jié)點覆蓋重疊的優(yōu)勢跟蹤物體。
　　3）傳輸 傳輸定位信息和敏感區(qū)域圖像信息，同時利用視頻壓縮算法，符合ZigBee帶寬要求。
　　2.需要的開發(fā)平臺
　　實現(xiàn)本方案所需要的基本功能、功能接口
　　構建以FPGA為核心的通信處理模塊，要求內置一個32位處理器，加載uCLinux操作系統(tǒng)，驅動兩個CMOS接口、一個SPI射頻接口、一個以太網(wǎng)接口；支持ICAP，能實現(xiàn)動態(tài)重配置；含有多個DCM；可編程資源豐富，便于實現(xiàn)硬件加速定位、圖像預處理、編碼等算法；含有SRAM、DRAM和FLASH；開發(fā)良好人機交互接口。
　　所需要的目標FPGA開發(fā)平臺，簡述為什么需要此平臺
　　目標平臺為Virtex II Pro開發(fā)平臺，主要是因為：本項目屬于無線智能監(jiān)測處理系統(tǒng)，需要硬件處理平臺具有較高的處理速度和豐富的邏輯資源以實現(xiàn)無線協(xié)議、大量的數(shù)據(jù)處理以及智能檢測算法和圖象處理算法的硬件加速，而Virtex-II Pro XC2VP30含有3萬個Logic cells，8個DCM，足以勝任本設計；本項目需要該開發(fā)板中的ICAP協(xié)助重配置開發(fā)；另外板上FPGA內含有兩個PowerPC硬核，便于進行嵌入式軟件開發(fā)和控制流設計，足以勝任復雜的無線網(wǎng)絡協(xié)議、實時的圖象的處理和傳輸，且為今后在此智能節(jié)點上升級硬件加速算法和增添其它智能處理內容留下極大的空間。
　　是否需要其它配套的開發(fā)工具
　　需要的開發(fā)工具包括MATLAB、ModelSim、XilinxISE、EDK等。
　　3.方案實施過程中需要開發(fā)的模塊
　　在本方案中需要研制、開發(fā)的功能主要模塊，以及開發(fā)的方式
　　需要研制無線模塊子板，采用模塊化開發(fā)方式
　　4.系統(tǒng)最終要達到的性能指標
　　論述本項目最終完成時所設想達到的目標。
　　1）通過無線網(wǎng)絡，準確發(fā)現(xiàn)運動物體進入網(wǎng)絡，并判斷物體所在敏感區(qū)域
　　2）通過視頻算法，確定移動物體準確位置
　　3）通過網(wǎng)絡節(jié)點協(xié)作，實現(xiàn)運動物體的動態(tài)跟蹤
　　4）無線網(wǎng)絡支持可路由的視頻傳輸
　　需要的其它資源
　　1.設計輸入輸出功能子板
　　子板功能描述、接口說明、時間、方式
　　無線子板實現(xiàn)2.4GHz 200kpbs收發(fā)功能，板上主要器件為Microchip公司的MRF24J40，該器件為符合ZigBee協(xié)議的射頻收發(fā)器。
　　2.測試設備
　　列出在方案實施過程中所需要的測試設備（萬用表、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等）
　　直流穩(wěn)壓電源、萬用表、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、網(wǎng)絡分析儀
　　3.方針、開發(fā)工具
　　列出在方案實施過程中所需要的仿真、開發(fā)工具等。
　　Xilinx ISE9.1i， ChipScope? Pro， AccelDSP?，
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