目前，圖像監控系統大多采用PC和視頻采集卡作為系統主要部分，基于嵌入式技術的圖像監控系統設備在我國還只是起步階 段，沒有成熟的產品應用。這一現狀的根本原因就是我國在開發這類產品時，沒有統一的開發標準和共用的開發平臺，而且沒有可靠的功能和性能測試標準，各個企 業的開發技術力量分散，極大的影響了該類產品開發的效率和可靠性。而制造出來的產品同國外同類產品相比，功能相差太大，沒有競爭力，市場基本上被國外公司 所占領。因此，開發一個該類嵌入式系統勢在必行。

系統總體方案

為了實現自動圖像報警和圖像采集，本文設計了動體檢測算法，這是因為絕大多數情況下我們只對監控區域中運動的物體感興 趣，這樣可以過濾掉只包含靜態背景的圖像，從而降低了對有限的嵌入式硬件資源的消耗。由于活動物體大多是人，而且這也是圖像監控的目標，為此加入了人體信 號探測器，用以輔助動體檢測，以達到降低圖像報警誤報率的目的。本系統主要集成了圖像采集、控制和存儲等器件或芯片，組成了以FPGA為控制核心的實時圖 像監控系統。系統的總體方案如圖1所示。

系統工作流程為：系統上電后，FPGA從外部EEPROM自動加載程序，I2C模塊對CIS進行初始化工作參數配置。 CIS向FPGA輸入圖像數據信號，FPGA將采集的原始數據（RAW）轉換成RGB格式，幀緩沖模塊（Frame Buffer）每次將相鄰兩幀圖像數據寫入SDRAM，然后比較這兩幀圖像的差值，如果差值大于設定的閾值，并且人體探測器輸出高電平，就認為檢測到了外 界場景的運動，系統會自動將捕獲的圖像輸出到SD卡進行存儲。圖2給出了系統的工作流程。

圖3 電源電路原理圖

系統硬件設計與實現

圖像監控系統處理的數據量較大，同時還要滿足實時性要求，因此板載電路需要選用容量較大，速度較快的器件。本系統采集的 一幀圖像分辨率大小為640&TImes;480，色深是24位，檢測時需要在SDRAM緩存兩幀，因此SDRAM的容量必須大于1.8M字節 （640&TImes;480&TImes;3&TImes;2=1843200字節），由于每個像素位寬為24位，同時NIOS是32位的處理器，所以SDRAM的位寬最好是32位。外部提 供給FPGA的晶振頻率必須大于CIS的像素時鐘25MHz?？紤]到檢測算法需要較多的邏輯資源，因此FPGA的片內LE要很豐富，另外FPGA的管腳必 須要滿足外部器件連接的要求，在本系統中要實現所有器件的I/O口相連，FPGA的I/O管腳必須大于150個。由于電路原理圖較多，這里只給出其中的一 部分。

主控制芯片電路

本系統選用的Cyclone系列FPGA器件的具體型號是EPlCl2Q240C8。邏輯資源達12060個邏輯單元 （LE，Logic Elements），片內RAM的容量為239616bits。完全可以滿足圖像采集的設計要求。其內核供電采用1.5V、0.13um工藝，功耗較低。 Cyclone器件支持各種單端I/O接口標準，如3.3V、2.5V、1.8V、LVTTL、LVCMOS、SSTL。Cyclone器件具有兩個可編 程鎖相環（PLL）和八個全局時鐘線，提供健全的時鐘管理和頻率合成功能，實現最大的系統性能。Cyclone器件具有高級外部存儲器接口，允許設計者將 外部單數據率（SDR）SDRAM，雙數據率（DDR）、SDRAM和DDR FCRAM器件集成到復雜系統設計中，而不會降低數據訪問的性能。Cyclone系列FPGA器件基于一種全新的低成本架構，從設計之初就充分考慮了成本 的節省，因此可以為價格敏感的應用提供全新的可編程的解決方案。

電源電路

一般而言，FPGA器件出于芯片設計、多電平接口的需要，電源都分為兩組：VCCINT和VCCIO，即內核電源和 I/O電源，隨著芯片內部連線尺度的逐漸減小，核心電源電壓和接口電壓也越來越低。本設計中EPlCl2器件的VCCINT為1.5V，VCCIO為 3.3V。目前總的來說有三種電源解決方案，分別是線性穩壓器電源（LDO）、開關穩壓器電源和電源模塊。

LDO線性穩壓器適用于降壓變換，具體效果與輸入/輸出電壓比有關。從基本原理來說，LDO根據負載電阻的變化情況來調節自身的內電阻，從而保證穩壓輸出端的電壓不變。其變換效率可以簡單地看作輸出與輸入電壓之比。

由于采用線性調節原理，LDO本質上沒有輸出紋波。與LDO相比，DC/DC調整器輸出紋波電壓較大、瞬時恢復時間較 慢、容易產生電磁干擾（EMI）。系統電源輸入電壓為5V，3.3V電壓供電部分采用了ASl084；此外，對于FPGA的PLL工作需要的1.5V電源 部分，采用AMS1117-1.5 LDO來實現。

由于Altera的PLL是模擬電路實現的，其對電源噪聲比較敏感，所以在設計PCB的時候，對給PU的供電部分要做一些特殊的處理。即使在設計中沒有用到PLL也必須給其供電。

本系統中選用的EPlCl2F400C8芯片的輸入輸出接口電壓為3.3V，內核電壓降低到1.5V，這樣可以降低功 耗，有利于系統的穩定，但也給電源供電和其它芯片的選擇帶來了麻煩，系統中其它芯片的接口電壓必須為3.3V，至少也要兼容3.3V，電源設計中需要考慮 的主要問題是功率是否滿足的問題。