1.摘要
遠端攝影監視被运用在越來越多的当地，例如：保全、路途 (流量) 監視、河川山坡地狀況監視等。電腦網路的發達，使得攝影監視也能够运用電腦網路來實現。本作业以 FPGA 嵌入式系統設計網路攝影監視系統。每一個本地攝影機装备一個 IP，即可由遠端電腦監視各個当地的狀況。
1.1.布景資訊 (Background Information)
由於現在天然災害頻傳，並且社會安全，像是搶劫、闖空門等事端時有耳聞，交通事端發生機率也居高不下。若有一台攝影機，再调配現在廣為發達的網際網路，讓我們就算出遠門也能够隨時隨地監控攝影機，隨時了解特定點的狀況，也能够运用攝影機的預錄功用來觀看一些交通事端的發生經過，不光能够減少糾紛，還能够运用攝影機來監視是否有不肖業者在濫墾濫伐，進而減少土石流的產生，但是能够做到這種功用的嵌入式系統，並非只要一種，以下是以FPGA嵌入式系統和較為遍及的ARM嵌入式系統所做的比較。
- FPGA與ARM嵌入式系統比較:
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ARM |
FPGA |
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調適性 |
ARM開發板在出廠時就已經將線路布置好，也沒有較大的空間供运用者装备新的硬體與功用，調適性較低。 |
FPGA開發板是一款能够讓运用者自行規劃的板子，開發板上只要一些比較根本的元件，再來便是依據运用者需求再自行安裝，調適性較高。 |
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開發性 |
ARM開發板由於內部的一些指令都已寫入，所以對於运用者來說，就算仅仅新手，也能够很简单上手。 |
FPGA開發板由於需求自行架設一些必要的軟體，且網路上有關他的開發資料又很少，所以在開發上會比較困難。 |
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智財保護 |
因為运用者只針對內部應用程式做修正，所以被盜用的機會較大 |
因為整體是由运用者自己開發，所以比較不會遭人盜用 |
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價格 |
貴 |
廉价 |
2.系統軟硬體渠道簡述與資源運用剖析
2.1硬體架構
本專案採用XUPV5-LX110T開發渠道，搭載Microblaze的嵌入式處理器，並擁有雙Flash PROMs（每個32 Mbyte）、100MHz系統時間產生器（Timer），其间高速乙太網路援助mll、gmll、rgmll和sgmll port，並且開發套件包括1GB的CF Card、256M SODIMM模組。FPGA的優點是能够自行設定晶片以建置客製化硬體功用，而本專案所設計的硬體架構精簡，所运用元件不多，這將能够減少開發本钱又能够達到本專案需求，硬體架構如圖1。
圖1 硬體架構圖
2.2.系統架構
本專案採用Linux 2.6作業系統，並預先載入USB、SD Card、Camera等裝置驅動程式供上層运用，Libraries則是預先載入SDL(Simple Directmedia Layer)，以供上層FFMpeg所包括的ffplay元件运用，操作人機介面是以網頁办法呈現，以Thttpd並运用網頁程式語言PHP與CGI實作，使Record Controller與FFMpeg可被CGI叫用，並達到執行印象側錄與播映印象功用，系統架構如圖2所示。
圖2 系統架構圖
2.3.資源運用剖析
本系統渠道運用根本的硬體架構就能够達到我們的需求，開機流程首要是先由放在Flash內的BIOS將晶片組和記憶體子系統初始化後把Kernel解壓縮到系統的主記憶體(MPMC)開始執行，當開始執行時，首要會對系統進行自我檢測以確定設備能够正常動作，接著將Local Memory載入到記憶體0X9CFF0000的方位開始執行，再載入由作業系統的開機磁區，進入作業系統，完结開機。I/O則是透過Local Bus與記憶體(MPMC)進行資料傳輸，其间INIT是中斷處理程式操控器負責操控可編譯系統時間產生器(Timer)，UART可讓运用者連接至本系統進行設定，而擷取到的資料能够透過GPIO儲存到SD Card中，USB阜能够供给USB攝影機做連接。
3.系統實作內容
3.1.實作內容
本實作內容採用XUPV5-LX110T開發渠道(如圖4)與Xilinx EDK 10.1.3開發軟體建置本系統渠道，並运用Petalinux东西包將Linux2.6移植到渠道上，編輯過程，中心必須勾選援助USB、SD Card、Thttpd、Network、RS232等所需選項，由於Camera的驅動在Petalinux东西並無援助，必須自行参加Camera的驅動還有SDL媒體資料庫以及即時串流轉檔程式FFMpeg，再自行撰寫應用程式達到操控作用。
圖4 XUPV5-LX110T硬體渠道
本專案硬體流程如圖5所示，运用現有USB介面安裝Camera供印象記錄用，當Camera裝置訊號流傳送到本系統，並透過匯流排將訊號傳送到MPMC儲存供MicroBlaze用，在透過系統軟體上的處理，在送到GPIO上的Storage裝置儲存。
圖5 硬體流程圖
本系統渠道首要功用是运用自行所撰寫的程式Record Controller，运用此程式下達錄製指令， ffmpeg收到Record Controller所傳遞錄製訊號開始錄製，當錄製完结回傳完结訊息給Record Controller，即儲存到儲存裝置。
圖6 系統流程圖
4.資料流向
圖7 資料流程圖
5.操作概念 (Operational Concept)
本系統首要分為三大部份，從Internet連結到登入頁面判斷运用者。假如运用者正確則登入到操作頁面，不正確則無法登入。進入操作頁面後，能够點選播映即時印象，由操作頁面顯現出來，或中止播映或下載錄影檔。
5.1測試流程
Step1：網頁即時播映、中止、暫停运用者經過登入驗證後透過Virtex5將攝影機擷取印象並在網頁上進行時撥放、中止、暫停等功用。
Step2 : 錄影
透過Record Controller傳送側錄時間指令，使ffmpeg開始處理USB Camera所傳送進來的印象訊號，在轉換成flv檔儲存起來。
圖8 錄影
Step3：循環式資料保存
當Record Controller發現Storage內所儲存之資料到達所設定之範圍，Record Controller則會下達刪除最早之資料，以達到循環作用。
圖9 循環式資料保存
5.2實作時程紀錄
圖10 甘特圖
6.預期功用與目標
本專案供给的功用有下列幾項：
- 本作业由 USB 介面攝影機拍攝產生印象數位信號。遠端電腦以 IP 連
入時，開啟一個含播映器之網頁，播映即時攝影內容。
- 登入網頁能够進入操作網頁。
- 操作頁面能够監看即時畫面與監看錄影。以及供给開啟、關閉、暫停、下載錄影檔等功用。
- 根據运用者的操作，攝影機將印象檔存至SD卡內。
本專案以低本钱的FPGA调配根本的硬體架構加上作業系統，達到本钱低、效率高、準確度高的需求。
7.现在實作完结進度
现在我們已經將Linux移植到開發板上，並且有網路功用、web server功用和網頁的登入功用，以下是移植後的開機畫面和登入頁面。别的攝影機能够在Linux的pc上擷取印象並运用ffmpeg轉檔錄影成flv格局，循環式資料保存已做到能够自動新建檔案，建三個檔後自動刪除最早開啟的檔案。應用程式與驅動方面我們已經將ffmpeg轉檔程式和攝影機驅動的媒體庫SDL穿插編譯成功。
圖11 開機流程圖
圖12 開機流程圖
圖13 登入頁面
8.或许遭受之困難點及解決办法
8.1.遭受之因難
由於開發板上的usb驅動晶片是需求付費的，所以沒辦法运用開發板上的USB阜。
8.2解決办法
但是本專案針對上述之問題提出一項解決之办法。运用外接模組的办法將USB模組接上開發板。
9.未來進度
USB阜功用完结後將我們的應用程式以及本專案所需求之程式移植到開發板上，之後做測試。
8.結論
將攝影功用的處理装备到FPGA嵌入式系統開發板上，能够讓以往動輒上萬的監視攝影系統的價錢下修至幾千元，再运用網路的遍及，运用者能够輕輕鬆鬆透過網路觀看所拍攝到的印象，进步住家的日子品質。將攝影機移到戶外更能够嚴防一些人為要素的災害，觀看到是否有有心人士恣意破壞環境以及生態。
