嵌入式网络视频监控系统的硬件设计与实现.doc

文库下载 免费文档下载/本文档下载自文库下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html嵌入式网络视频监控系统的硬件设计与实现基于ARM的视频监控系统文章编号:1008-0570(2010)03-2-0069-02嵌入式网络技术应用嵌入式网络视频监控系统的硬件设计与实现HardwareDesignandImplementationofEmbeddedNetworkVideoMonitoringSystem(华南理工大学)李威田联房李向阳LIWeiTIANLian-fangLIXiang-yang摘要:为了建立具有自主知识产权的第三代网络视频监控系统,本论文介绍了国内外视频监控系统的发展现状。通过比较第三代网络视频监控系统与第二代网络视频监控系统的异同,指出第三代网络视频监控系统的优缺点。通过研究faraday提供的网络视频监控系统的解决方案,给出了基于嵌入式技术的网络视频监控系统的详细硬件结构与框图。关键词:嵌入式;网络视频;监控系统中图分类号:TP273 .5文献标识码:AAbstract:Inordertoestablishthethirdgenerationnetworkvideomonitoringsystemofourowncopyright,thispaperintroducethedevelopmentofvideomonitoringsystemintheworld.Throughthecomparationbetweenthethirdgenerationnetworkvideomonitoringsystemandthesecondgenerationnetworkvideomonitoringsystem,theadvantagesanddisadvantagesofthethirdgenerationnetworkmonitoringsystemarepointedout.Throughtheresearchofthesolutionoffaraday,thehardwarestructureandblockdiagramofem-beddednetworkvideomonitoringsystemaregiven.Keywords:Embeddedsystem;net/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.htmlworkvideo;monitoringsystem1前言随着人类社会的发展,突发事件日益增多,人类对于安全的要求越来越高。令人提心吊胆的911事件掀起了全球的反恐高潮。同时各国人民对安防系统的要求也在逐渐的增加。2008年的中国奥运,其中安防市场就是一个500亿的大市场。作为安防最重要的一部分:视频监控,现今世界范围内人们主要使用的还是第二代基于PC机的视频监控系统。这种系统国外已经比较成熟,而国内也有不少公司在自行设计生产。这种视频监控系统把单路或多路的模拟信号接入一台PC机,然后通过PC机本身进行模数转换,并对数字视频进行编码压缩,最后由该PC机将视频上传到链接了Internet的服务器,或者把该PC机作为服务器链接上Internet。这样视频终端(如浏览器或专用视频监控软件)就可以通过Internet实时监控现场了。但是,这类产品的价格一般十分昂贵。随着MPEG-4,H.264的视频编码技术、嵌入式系统和SoC技术的成熟,国外公司将嵌入式Web技术应用到视频监控的前端设备中去。以此技术为基础的监控系统我们称之为第三代的网络视频监控系统。但是在国内,基于嵌入式的网络视频监控系统的研究才刚刚起步,一些企业也正在摸索如何将嵌入式Web技术运用到嵌入式的网络视频监控系统中去。所以,通过对国外第三代嵌入式网络视频监控系统技术成果的研究,开发具有自主知识产权的,适应我国国情的第三代嵌入式网络视频监控系统,对我国的安防产业发展具有重大意义。现场的状况由现场的CCD摄像头采集,然后通过模拟电线传输到PC机上(个人PC或服务器PC)通过PC机内部的A转换功能把模拟视频转换成网络视频,再通过对视频进行编码来压缩视频。通过压缩后,视频容量会大大减小。然后压缩过的视频就由网络传输到服务器上面,再由服务器输出到监控终端,包括浏览器,网络视频播放器或手机等等。在整个流程中,视频经过了两个传输阶段,分别是模拟信号传输和数字信号传输。这两个传输阶段的发送端和接收端相隔都是十分远的。因此,信号在两个传输阶段中都会产生较大的失真。技术/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html创新图1第二代网络视频监控系统结构图3基于嵌入式系统的网络视频监控系统(第三代网络视频监控系统)的结构框图2第二代网络视频监控系统从图1中我们可以看出第二代的网络视频监控系统的结构是这样的:李威:硕士研究生图2第三代网络视频监控系统结构图从图中我们可以看出基于嵌入式系统的第三代网络视频监控系统的结构是这样的:现场的状况由CCD摄像头采集,但是由于引入了嵌入式系邮局订阅号：/年-69-PLC技术应用200例嵌入式网络技术应用统,原来在第二代网络视频监控系统中的个人PC环节被小型也就是说,一个摄像头同时兼备了化并且集成到了摄像头中去。现场录像、A转换和视频压缩的功能。模拟视频被捕捉后,由嵌入式CPU转换为数字视频并编码,再发送到服务器,并输出到监控终端。与第二代网络视频监控系统对比起来,在第三代网络视频监控系统中,由于嵌入式系统的引入,PC结构得以小型化,因此大大的削减(甚至可以说是完全消除)了模拟视频传输阶段中模同时,没有了模拟视频传输阶段就意味着加拟视频信号的失真。快了视频的传输速度。同时只剩下网络传输阶段意味着只要在有网络的地方,就可以接入第三代网络视频监控系统,增加了监控系统的可用性,降低了监控系统的成本。从上面的分析对比就可以得出基于嵌入式的网络视频监控系统的三大优点:(1)嵌入式系统的高运算速度使得视频的传输速度和视频的质量得到大大的提高。(2)使用网络作为视频传输的介质可以充分运用新的无线网络技术使监控终端脱离监控室,可以使用例如手机等移动设备达到真正的随时随地的监控。(3)嵌入式系统的运用使得视频收集与处理集成于一个摄像头当中,减少了传统的网络视频监控中个人PC这一环节。只要在有网络的地方,就可以接入第三代网络视频监控/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html系统,增加了监控系统的可用性,降低了监控系统的成本。微计算机信息(嵌入式与SOC)2010年第26卷第3-2期100M以太网接口等等。RAM采用的是WinbondElectronics公司的W9812G6DH,2M*4BANKs*16BIT共16MB的SDRAM。FLASH采用的是Intel公司的TE28F128J3C,可以根据不同的需求选择小至32MBIT,大至256MBIT的容量。此项目我们选择了128MBIT的规格来存放一个大于64MBIT的系统。4.2电源电源的结构图如下所示技术创新图4电源部分硬件结构图电源部分使用的MICREL公司的MIC29302BU芯片,这是它的输出电流大至3A。一般一个大输出电流,高精度的减压器。应用于对数字电路中的Vcc的供电。通过适当的配置摄MIC29302BU的外部电路电阻,可以使其输出电压变为3.3V。像头的电源则直接由5V的稳压电源来供给。4.3模数转换模数转换部分的结构图如下4第三代网络视频监控系统的硬件实现按照第三代网络视频监控系统的外部电路的功能构成,可以将其硬件分为四个部分,电源、主控编码、模数转换及接口部分。4.1主控编码主控编码部分的结构图如下所示图5模数转换部分硬件结构图模数转换部分使用的主芯片是SAA7113H.SAA7113H是一个2通道模拟输入,9BITs数字输出的模数转换器。它内部有增益控制、时钟生成电路(ClockGenerationCircuit)、一个多标准数字解码器(兼容的制式有:PALBGHI、PALM、PALN、combination一个亮度对NTSCM、NTSC-Japan、NTSCN和SECAM)、PALN、://doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.htmlar比度和饱和度控制电路、一个多标准VBI数据削减器和一个27MHz的VBI数据滤波器SAA7113H使用的是标准的3.3VCMOS电路(可以匹配至5V)。其模拟前端和数字视频解码器是一个为视频应用而设的高集成度的电路。这个芯片运用的是行频固定时钟的原理,并且可以将PAL、SECAM和NTSC彩色信号解码成与CCIR-601相匹配的彩色值。SAA7113H允许从TV或VTR源的CVBS和S-Video(Y/C)的模拟输入。4.4接口DM9161是一个物理层单芯片低功耗的数据交换器。它支持100BASE-TX、100BASE-FX和10BASE-T协议。在媒体层面,它提供一个可以链接100BASE-TX快速以太网UTP5,或者链接10BASE-TX以太网UTP5的直接接口。整个嵌入式系统包括(摄像头在内)的体积减小到了个人减免了第二代网络视频监控系统中的大型PC做视PC的1/40。频流处理这一环节。图3主控编码部分硬件结构图FIC8120是一个应用于多媒体处理系统的集成的片上系统(System-on-Chip)平台。FIC8120嵌入了法拉第公司(Faraday)的高效低耗32位RISC的微处理器:FA526。FA526跟ARM架构的V4微处理器是相匹配的。为了加快视频处理的速度和能够被广泛的应用于各种不同的多媒体处理,FIC8120同时也嵌入了一个媒体编码器、一套多功能的系统。法拉第FA526,一个可以FIC8120平台由两个部分组成:1、使用户免除在开发或Debug系统微控制器所遇到的麻烦CPU;2、3MPCA,一个允许用户集成自己的设计和提供更多专门领域的应用的可能性的模块。FIC8120将外来的未编码数字视频流进行MPEG-4编码,再通过网络接口发送出去。同时FIC8120提供了很多有用的接口功能,例如USB2.0、IDE、串口和10M/-元年邮局订阅号5总结运用嵌入式技术的网络视频监控系统构/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html建了一个可供扩展的平台,在未来应用中,可以根据需要集成更多的功能,例如音频录制与播放,摄像头的运动控制等。(下转第61页)现场总线技术应用200例嵌入式系统应用2袁文菊,孙天泽,李梅;.Java虚拟机向ARM平台的移植J.微计算机信息,2007,8-2:147-1493于庆广.可编程控制器原理及系统设计M.北京:清华大学出版社,2004.4Karl-HeinzJoHn,MichaelTiegelKamp.IEC611313工业自动化系统的程序编制M.作者简介:余芳(1977-),女,河南新乡人,讲师,硕士,主要研究方向:嵌入式系统;姜宁(1980-),女,山东烟台,硕士,主要研究方向:控制系统与智能化仪表。Biography:YUFang(1977-),Female,Xinxiang,HenanProvince,Instructor,master,XinxiangMedicalUniversity,Researcharea:Embeddedsystems.(453000河南新乡新乡医学院管理学院)余芳(200234上海上海高创电脑技术工程公司)姜宁(ManagementInstitute,XinxiangMedicalUniversity,Xinxi-ang453000,China)YUFang(ShanghaiGaochuangComputerEngineeringEompany,Shanghai200234,China)JIANGNing通讯地址:(453000河南新乡医学院管理学院)余芳(收稿日期:2009.03.24)(修稿日期:2009.06.24)2400、4800、9600、19200;测试Modbus功能码:0x01、0x02、0x03、0x04、0x05、0x06、0x10;上位测试软件:UPRTUIDE、ModbusOPC(第/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html三方软件)、MODSCAN(第三方软件)4.1.2测试结果通过三种软件分别在RS485、RS232模式和四种波特率下测试,结果都如表4所示。表4Modbus功能码测试无论是配套软件还是第三方软件都能与UPRTU的Modbus接口进行良好通讯。测试结果表明RS485、RS232硬件接口工作正常,ModbusRTU功能正常而具有很好的兼容性。4.2系统联调此项测试是用RTU集成开发环境编写梯形图测试用例,程序经编译后把程序下载到RTU虚拟机系统,RTU执行下载的用户程序,通过输入输出验证程序执行是否正确;同时打开监控子窗口,观察RTU内部寄存器状态变化来验证RTU虚拟机系统。测试结果如表5表5系统联系4.3系统效率测试本测试对启动时间,最小扫描周期,指令执行时间以及稳定性进行了测试,其结果为:文件系统精简后测试下来的平均启动时间为151)经内核、秒。由于采用了操作系统,虽然做了内核、文件系统的精简,启动时间还是较长,在后续工作中还应想办法解决;2)多次测试后取平均值,RTU最小扫面周期为0.5ms;3)经反复测量逻辑指令平均指令执行时间为1.6us;4)为测试系统工作稳定性,在24V直流供电条件下,RTU进行长时间工作测试。在24*30小时的时间间隔,同时对5台测试过程在联机模式下运行测试RTU样机进行连续工作测试。程序,该程序涉及了大部分指令并且用到了全部IO。测试结果,5台样机均工作正常,工作电流、系统功能操作和机器发热量正常,长时间运行各进程内存消耗稳定,无内存泄露。结果表明,本项目的RTU稳定性达到要求。(上接第70页)本文作者创新点:提出了一种新的基于嵌入式的网络视频监控系统的硬件设计方案,并具体分析了整个方案的基本硬件实现。参考文献1Faraday,FIC812/doc/3b2b7b7b31b765ce05081439.html0ICpackagereleasenote,P/DK,May25.20062Faraday,FIC8120ICMPEG4CodecPlatformSoC,P/DK,Sep.20063Intel,StrataMemoryTE28F128J3CDatasheet,Z/OL,Mar.20054Winbond,SDRAMW9812G6DHDatasheet,Z/OL,Jun06.20055DAVICOM,10/100MbpsFastEthernetPhysicalLayerTX/FXSingleChipTransceiverDM9161Datasheet,Z/OL,Jul25.20036MICREL,High-CurrentLow-dropoutRegulatorsMIC29302BUDatasheet,Z/OL,Jan22.20067IntegratedCircuits,9-bitsvideoinputprocessorSAA7113HDatasheet,Z/OL,Jul01.19998程恳,陈长清,张鹏宇,涂博.一个嵌入式视频监控系统的设计与实现J.微计算机信息,2008,5-2:21-23作者简介:李威(1983-),男,华南理工大学自动化科学与工程学院硕士研究生,主要研究方向:多媒体处理,视频监控;田联房(1968-),男,山东济宁人,华南理工大学教授,博士生导师,博士,主机器人视觉伺服控制、模式识别及要研究方向:生物医学工程、智能控制。Biography:LIWei(birth1983-),male,Guangdong,SouthChinaUn