基于FPGA的LCD显示的远程更新设计实现

第1章 远程更新LCD显示的背景与应用

1.1 LCD的产生与发展

液晶显示器，简称LCD（Liquid Crystal Display）。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术，LCD工业开始高速发展。

现在，LCD是笔记本电脑和掌上电脑的主要显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。相信不远的未来，LCD显示器将会更为普及地应用于商业、工业、军事等领域。

1.2 远程视频监控系统的简述

早期的视频监控系统受限于地域限制，随着视频监控技术与网络技术的发展，出现了远程视频监控系统。远程视频监控系统是把图形信息转变成信号信息，通过摄取、传输、显示等设备实现一定距离内图形转换为图像，在互联网上传输，从而实现较远距离可以看到现场图形信息的系统。

远程视频监控系统通过互联网打破了地域限制，随着远程视频监控技术的成熟以及应用，人们的生产、生活以及企业管理正在发生新的变化，远程视频监控系统广泛渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安甚至家庭等多个领域。

1.3 远程更新LCD显示在远程视频监控的应用

远程视频监控系统主要包括：前端摄像设备、传输存储设备、终端控制显示设备。其中，LCD显示作为监控显示设备应用于远程视频监控系统中。图 1为某视频监控系统设计原理图。

图 1 某视频监控系统设计原理图

第2章 系统整体设计方案

2.1研究需求与目标

2.1.1研究需求

本设计“基于FPGA的LCD显示的远程更新”作为远程视频监视系统的监控终端设备，伴随着视频监控系统的发展而发展。近年来，中国视频监控市场受平安城市建设，北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、深圳大运会等安保项目以及各行业视频监控需求快速增长等因素的刺激和拉动，取得了超常规快速发展，整体市场规模迅速扩大。

作为中国视频监控市场未来发展方向之一的网络化视频监控系统，其市场规模将于2013年达168.91亿元，增速远超行业平均增长率水平。鉴于技术条件限制，高清视频监控一般建立在网络化的应用基础之上，若考虑给予智能高清视频监控市场占IP视频监控市场15％的份额估算，则2011-2013年智能高清监控市场规模将分别达13亿元、18亿元和25亿元，复合增速将高于36％。综上所述，可以预计未来3-5年视频监控市场将继续保持强劲增长，行业整体处于高速发展阶段。可见，本设计有着广泛的应用前景以及市场需求。

2.1.2研究目标

本次设计定位为视频监控系统的终端设备，其在系统中的位置如图 2所示。

图 2 视屏监控系统结构图

本设计预期实现的功能与技术指标：

1. 提供良好的人机界面和简单方便的操作方式；

2. 提供两种视频监控方式：实时视频播放以及历史录像的播放；

3. 预留USB接口，方便用户扩展前端存储功能；

4. 提供用户管理功能，实现权限管理；

5. 支持图像屏蔽与图像抓拍；

6. 实现图像分辨率：640*480；

7. 实现视频帧率：30fps

其中，监控人员具体的操作方式为通过鼠标来选择观看实时视频或查询视屏录像：

1. 在观看实时视频时，本设计运行FTPClient应用程序向视屏录像服务器请求实时的视屏数据，将接收到的实时视屏先缓存在本地的内存中，然后进行解码、播放，通过HDMI接口将视屏数据传输到LCD显示器上面显示。

2. 在查询历史录像时，本设计拟提供浏览视屏录像服务器中所有视屏录像的功能，用户根据自己的需要，选取相关的视屏文件，当用户选择下载视屏文件到本地时，本设计从视屏录像服务器上面缓存视屏文件到内存中，然后写入挂载的U盘中。当视屏下载完毕后，运行播放器程序播放下载的视屏文件，提供播放、前进、后退、暂停等常用的播放功能。

2.2 系统概要设计

2.2.1 Genesys开发板简介

Digilent的Genesys开发板集成了功能强大的Xilinx Virtex®-5 FPGA，为广大用户带来了一个功能强大、方便实用的设计平台。其设计框图如图 3所示。

图 3 Genesys开发板的组成框图

Genesys板上还集成了千兆以太网接口、高速存储器、高分辨率音频和视频电路、以及USB主机接口等选项。Genesys开发板采用业界主流设计，无论是复杂系统，还是专用的高性能应用，Genesys都能为您提供有效的解决方案。其主要特性如下所示：

• Xilinx Virtex 5 LX50T FPGA, 1136-pin BGA package

• 256Mbyte DDR2 SODIMM with 64-bit wide data

• 10/100/1000 Ethernet PHY