（电路与系统专业论文）基于蓝牙的视频监控系统设计与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 随着生活水平的提高，人们对于生活环境的要求越来越严格， 家居住宅的需求概念也发生了彻底的变化，信息化和网络化成为智能 家居的发展趋势。智能家居监控系统采用计算机技术和信息传输与处 理技术，能给用户提供全方位的服务，同时对住房内的情况进行远程 监控和实时管理。本文针对视频监控系统的发展趋势和系统特点，设 计并实现了一种基于蓝牙的视频监控系统。 本文论述了系统的设计思路和实现方法。系统主要将蓝牙技术、 运动检测和g p r s 结合起来，利用嵌入式系统的可移植性、内核可裁 剪、应用性强的特点设计的。实现方法为：由0 m a p 5 9 1 0 加载摄像 头和蓝牙驱动，通过蓝牙和、阮b 服务器将采集到的图像传到家庭内 p c ；并且启动运动检测任务，检测是否有运动目标，如果检测运动 目标存在，则启动g p r s 短信报警功能，发短信通知用户，用户可以 通过浏览器查看家庭内p c 的监控画面，从而达到监控的效果。 本文首先讨论了视频监控系统的研究现状与发展趋势，分析了选 择蓝牙无线通信技术的原因；接着着重介绍了系统的设计目标和系统 的设计方案，论述了系统硬件平台，包括o m a p 5 9 l o 处理器、网卡单 元、g p r s 模块和u s b 摄像头等；在l i n u x 内核的体系结构基础上，完 成了对内核进行裁剪、编译、移植及文件系统的烧写，重点阐述了构 建“n u x 开发环境的方法和步骤，构建了软件平台；在开发环境构建 之后，实现了u s b 摄像头视频采集，阐述并实现了运动检测算法和 g p r s 报警功能模块；完成了开发板和p c 机蓝牙之间的无线通信，并 在w r e b 服务器的基础上实现了在p c 端显示由蓝牙传输的图像数据。 最后，对系统功能和网页做了测试，并结合实验测试环境和测试 数据，分析了测试结果并针对出现的问题给出了改进措施。 本文的研究结果具有较大的工程实际意义，对于基于蓝牙技术的 各种视频监控应用具有一定的参考价值。 关键词：监控系统；蓝牙；o m a p 5 9 1 0 ；运动检测 h a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to f p e o p l e sl i v e s ，m e na r em o r es t r i c tw i t ht h e l i v i n gc o n d i t i o n s ，m o r e o v e r t h ec o n c 印to fh o u s i n gd e m a n dh a sa l s o c h a l l g e dd r a s t i c a l l y i n f o m a t i o n i z a t i o na n dn e t w o m n gh a v eb e e nm e t r e n do ft h es m a nh o m e b yu s i n gt h ec o i l l p u t e rt e c h n o l o g ya sw e l la s i n f o m a t i o nt r a n s m i s s i o na n dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，s m a r th o m es y s t e m c a no f f e ru s e r sa l l w a v es e r v i c e sa sw e l la sr e m o t em o n i t o r i n ga n d r e a l t i m es e r v i c e sf o rt h ei n s i d e h o u s i n g i n t h i s p a p e r ， a nd e o s u e i l l a n c es y s t e mb a s e do no m a p 5 91op r o c e s s o ri sw e l ld e s i g n e da n d r e a l i z e d ，a i m i n ga tt h e t r e n do ft h es m a r th o m es y s t e ma n di t sc h a r a c t e r s i nt h i sp 印e r ，t h ed e s i g na i l dr e a l i z a t i o nm e t h o d o l o g yo ft h es y s t e m i sd i s c u s s e d c o m b i n e dw i t hb l u e t o o t ht e c l m o l o g y ，m o t i o nd e c t a t i o na n d g p r s ，t h i ss y s t e mi sd e s i g n e du t i l i z i n gt h e 锄b e d d e ds y s t e mf o ri t s t r a n s p o r t a b i l i 坝c l i p p i n gk e m e la n ds t r o n ga p p l i c a t i o n t h em e t h o di s a s f o l l o w s ：c a m e r aa n db 1 u e t o o t hd r i v ea r el o a d e db yo m a p 5 91op r o c e s s o r t h e nt h ec o l l e c t e di m a g ed a t ai st r a n s m i t t e dt h r o u g hb l u e t o o t ha n dw | e b s e r y e r m e a n t i m e ，m o t i o nd e t e c t i o ni ss t a n e dt oe x 锄i n ei ft h e r ei sa l l y m o v i n go b j e c t ，i ft h e r ei s ，t h e ng p r sm e s s a g ew a m i n gi ss t a r t e d t os e n d m e s s a g et ot h eu s e r t h r o u g ht h e s e ，h o u s ec a nb em o n i t o r e db yr e m o t e u s e r sb yc h e c 虹n gt h ei m a g e si np ct h r o u g hw e bb r o w s e r h e r e ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o na i l dt h et r e n do ft h e d e om o n i t o rs y s t e m h i a r ed i s c u s s e da n dw h yt os e l e c tb l u e t o o t h 、m r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yi sa l s oa n a l y s e d i ns u c c e s s i o n ，t h ed e s i g ng o a la n dp l a na r e e m p h a s i z e d t h e nt h eh a r d w a r ep l a t f o mi si i l t r o d u c e d ，w h i c hi n c l u d e st h e o m a p 5 91op r o c e s s o r ，b l u e t o o t hm o d u l e ，n e t w o r kc a r d ，g p r sa n du s b c a m e r a 0 nt h ef o u n d a t i o no fs y s t e ma r c h i t e c m r eo fl i n u x ，k e m e lc a nb e c o m p i l e d ，c l i p p e da n dt r a n s p l a n t t e d b e s i d e s ，t h ew a yt op r o g r 锄t h ef i l e s y s t e mi ss t a t e da n dm e t h o d sa n ds t 印so fc o n s t m c t i n gd e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n to fl i n u xa r es t r e s s e d a r e rc o n s t m c t i n gt h ed e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t ，旬n c t i o n sa sc o l l e c t i n gp r o g m mm a d eb yu s bc a m e r a ， m o t i o nd e t e c t i o na n dt h eg p r sa l a mm o d u l ea r er e p r e s e n t e da n d r e a l i z e d w h a t sm o r e ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nb l u e t o o t ha n d d e v e l o p m e n t r o o l sh a sb e e nd o n e a tt h ep cp o r t ，t h ei m a g ed a t ac a nb e e x h i b i t e dt h r o u 曲w 曲s e r v e r a tt h ee n do ft h i sp 印e r ，t h e 如n c t i o no ft h i ss y s t e ma n dt h ew e b p a g e a r et e s t e d c o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n ta n dt e s td a t a ， t h et e s tr e s u l ti sa n a l y s e da n das 0 1 u t i o nf o ri m p r o v e m e n ti sp u tf o n a r d t h er e s e a r c hr e s u l ti i 】t h i sp a p e rh a sh u g ep r a c t i c a lm e a n i n g ，i ta l s o h a ss o m ec e n a i nr e f - e r e n c ev a l u ef o rt h e 印p l i c a t i o no fv a r i o u s d e o s u r v e i l l a n c eb a s e do nt h eb l u e t o o t ht e c l u l o l o g y k e y w o r d s ：s u e i l l a n c es y s t e m ；b l u e t o o t h ；o m a p 5 9lo ；m o t i o nd e t e c t i o n 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：m 笏 加7 年 莎月，沙日 日 i 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密嘭 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名： i 强彤铲日期：砷年 月，汐日 导师签名： 寥妙产日期：阳7 年多月fy 日 基丁监牙的视频监控系统设计与实现 第一章绪论 智能家居( s m 矾h o m e ) ，又称智能住宅，它不仅具有传统的居住功 能，即提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还提供全方位 的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生 活方式，增强家居生活的安全性。建设部要求根据不同消费者的需要， 推动家居数字化、建筑智能化，到2 0 l o 年全国大中城市6 0 的住宅 要实现智能化，由此可见中国智能家居市场潜力巨大。但是在智能家 居变成现实的同时，各种不安全因素也随之不断出现，这其中最需要 防范的就是人为的恶意侵犯( 如盗窃、抢劫等) ，这些都对人们的正常 生活造成了不良影响。所以需要设计一种智能的监控系统来实时的预 报自己家里的情况，达到最大限度的减小损失，本文主要讨论基于蓝 牙和嵌入式系统智能监控系统方面的内容。 1 1 课题研究的目的与意义 伴随着互联网的普及和多媒体技术在互联网上的应用，实时传送 视频、音频、多媒体动画等数字媒体文件的技术越来越成为研究热点。 在监控领域中，数字化和网络化成为一种趋势，采用最新的计算机、 通讯、图像处理技术，通过以太网及其他网络传输视频图像，可为远 程视频监控提供高效可行且价格低廉的解决方案。结合多媒体技术、 视频图像压缩技术、无线网络通信技术的飞速发展，数字化的网络视 频监控系统正迅速崛起。这种新型的视频监控系统的迅速崛起，取代 了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它设备的模拟视频 监控系统 1 _ 2 1 。 与此同时，嵌入式系统己逐渐成为后p c 时代的主导，特别是3 2 位嵌入式处理器的出现，使得一些基于p c 的应用也得以在嵌入式系 统上实现。图像采集系统正从模拟采集向数字采集发展，其中的嵌入 式图像采集系统由于其优越的性能越来越受到人们的关注。对于像家 庭、停车场视频监控这样的应用，基于蓝牙的嵌入式视频监控系统， 具有视频图像采集、压缩、无线传输和存储等功能，非常适宜图像的 监控。 传统的视频监控系统由于只采用了主频较低的a r m 核，在图象 处理方面存在很大的缺陷，所以一般将采集的图片全部直接保存起 来，这样很难将有人入侵的图片区分开来，给用户带来不便。 本课题是以o m a p 5 9 l o 微处理器、蓝牙技术和嵌入式l i n u x 操 作系统为基础进行研究的。开放式多媒体应用平台0 m a p 5 9 1 0 是t i 公司开发的一种独特的双核处理器，它将高性能低功耗的 t m s 3 2 0 c 5 5 x d s p 核( 后面都简称d s p ) 与控制性能很强的a r m 9 2 5 微处理器( 后面都简称为删) 结合起来。蓝牙和嵌入技术的应用 能使监控系统小型化，能实现各种功能，还不会因为布线而影响家居 房间的美观。因此，利用蓝牙和嵌入式“肌x 系统组成的远程嵌入式 计算机监控系统具有现实意义和实用价值。 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 1 2 视频监控的国内外研究现状 1 2 1 国外发展现状 视频监控系统是多媒体技术、计算机网络、工业控制和人工智能 等技术的综合运用的产物，它正向着音视频的数字化、系统的网络 化和管理的智能化方向不断发展。由于视频监控技术有着广泛的应用 前景和潜在的经济价值，近年来在这个领域的研究非常活跃。1 9 9 7 年美国国防高级研究项目署( d a r p a ) 设立了以卡内基梅隆大学为首 联合美国十几家高等院校和研究机构参加的视频监控重大项目 v s a m ( v i d e os u r v e i l l a l l c ea n dm o n i t o n n g ) ，主要研究对战场及普通民 用场景进行监控的自动视频理解技术。 佛罗里达中央大学( u n i v e r s 时o fc e n t r a lf l o r i d a ) 的k n i g h t 智能 监控系统，利用计算机视觉技术能检测出监视区域目标的变化，并能 标注重要事件和描述人的行为，系统对光线的变化有较好的鲁棒性。 i b m 的智能监视系统不仅能够自动监视某个现场，还能够管理监视数 据，执行基于事件的检索，通过标准的网络设施进行实时报警，并且 能提取出某项活动的长期的统计模型。美国麻省理工学院的实验室正 在研究“智能房间”，通过生物传感器探测人的行为来自动控制和调节 居住系统。 1 2 2 国内发展现状 我国视频监控行业最初是由闭路电视监控逐渐发展起来的，已有 近2 0 年的历史，从简单的模拟视频监控到现在的纯数字化网络视频 监控，视频监控系统的研究和开发受到了学术界、产业界和使用部门 1 的高度重视，研究成果和开发的产品层出不穷3 1 。在国内市场上，主 要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者 的技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到了广 泛应用。后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩技术为核心 的新型视频监控系统，该系统解决了模拟视频监控系统的部分弊端而 迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数 控模拟系统与数字系统混合应用并逐渐向数字系统过渡的阶段。 数字信号控制的模拟视频监控系统现在分为两种类型【4 1 ：一个是 基于微处理器的视频切换控制加p c 机的多媒体管理：另一个是基于 p c 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理。基于微处 理器的视频切换控制加机的多媒体管理利用微处理器固件发展的矩 阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化。基于p c 机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切 换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息。数字控 制模拟视频监控系统随着微处理器、微机性能的增强和提高，多媒体 技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了 很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活，与其它技术系统的 接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息 流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种 单功能、单向、集总方式的信息采集网络，且介质专用，因此系统尽 管己发展到很高的水平，但是无太多潜力可挖，其局限性依然存在， 要满足更高的要求，数字化是必由之路。 基r 蓝牙的视频监控系统设计与实现 随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数 字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类 型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入 式视频w e b 服务器为核心的视频监控系统。数字监控录像系统通常分 为两类：一类是基于p c 机组合的计算机多媒体工作方式：另一类是嵌 入式数字监控录像系统。基于p c 机的多媒体监控主机综合了视频矩 阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。同时 采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制。 1 3 选择蓝牙技术的原因 蓝牙技术是由蓝牙s i g ( s p e c i a li n t e r e s tg r o u p ) 联合制定的近距离 无线通信技术标准其目的是实现最高数据传输速率1 m b s ( 有效数 据传输速率是7 2 l k b s ) 最大传输距离为l o 米的无线通信。1 9 9 8 年5 月，爱立信、诺基亚、东芝、i b m 和英特尔等五家著名厂商在联合开 展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术( b l u e t o o t h ) ，其 宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。 蓝牙( b l u e t o o t h ) 技术【5 卅是一项开放的全球统一的短距离无线通 信协议标准，其目的是取代现有的各种电子设备( 如：p c 、打印机、 传真机、移动电话和个人数字助理p d a 等) 的有线接口，通过无线方 式将它们连成一个微微网( p i c o n e t ) ，多个微微网之间也可以互连形成 分布式网络( s c a t t e m e t ) ，从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。 它是实现语音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离 的无线连接技术。其无线收发器是很小的一块芯片，可方便的嵌入到 便携式设备中，从而增加设备的通信选择性阴。本文选择蓝牙技术的 主要原因有： ( 1 ) 跳频技术。蓝牙工作的频段是全球通用的免费2 4 g h z i s m ( i n d u s t r i a ls c i e n t i f i cm e d i c i n e ) 频段，现有蓝牙标准定义的工作频 段为2 4 0 2m h z 一2 4 8 0 m h z 。该频段对所有无线电系统都开放，因此， 蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，故而采用跳频技术 以避免干扰。跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道( h o p c h a n n e l ) 。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序 列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接受方也是按照相同的 跳转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密方法，由此就可以保 证传送的完整性和系统的稳定性。 ( 2 ) 纠错技术。在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1 3 比例前向 纠错码( 1 3 f e c ) 、2 3 比例前向纠错码( 2 3 f e c ) 和自动请求重发方式 ( a r q ) 。l 3 比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码， 实现时对每位信息重复三次。2 3 比例前向纠错码是一种精简的汉明 码表示方法，用于部分分组。使用a r q 方式，在一个时隙中传送的数 据必须在下一个时隙得到确认( 或超时) 信息。只有数据在接受端通过 了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端返回确 认信息；否则，返回一个错误信息【8 】o ( 3 ) 蓝牙技术支持一个异步数据和同步话音的通道【9 1 。每一个话音 通道支持6 4 k b p s 的同步语音；异步通道支持最大速率为7 2 1 k b p s 、反 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 向应答速率为5 7 6 k b p s 的非对称连接，或者是4 3 2 6 k b p s 的对称连接。 另外，蓝牙的功耗小、成本低、体积小，可用于多种设备和场合。 ( 4 ) 如果智能家居内采用有线方式重新布线，就会大大影响房间的 美观，并且使用也不便利，因此智能家居都将采用无线方式；蓝牙技 术传输可靠并能穿越障碍物、功耗低、成本低廉、组网方便灵活，因 此蓝牙可以作为一种有效的无线通信手段，实现室内数据的传输【1 0 】。 1 4 本文研究目标和主要内容 本视频监控系统是以o m a p 5 9 1 0 微处理器、蓝牙技术、w r e b 服务 器和嵌入式操作系统l i n u x 为基础的。课题需要研究的内容主要有以 下几个方面： 第l 章，绪论。指出了选题研究的目的和意义，讨论了智能家居 监控系统中视频监控的研究现状与发展趋势，分析了选择蓝牙无线通 信技术的原因。 第2 章，嵌入式视频监控系统硬件设计。着重介绍了系统设计目 标、设计方案和功能，阐述了系统硬件平台，其中重点论述了 0 m a p 5 9 l o 处理器和u s b 摄像头的特点。 第3 章，软件平台的构建。论述了l i n u x 内核的体系结构、内核 裁剪、编译和移植，重点阐述了构建l i n u x 开发环境的方法和步骤， 包含建立在f l a s h 上的文件系统的烧写过程，交叉编译环境的建立和 n f s 开发调试环境的配置，最后论述了b o o t l o a d e r 的工作原理。 第4 章，图像采集、检测和报警的研究与设计。重点阐述了u s b 摄像头移植步骤和利用s e n ，f o x 启动摄像头的采集，在此基础之上着 重论述了运动检测的算法和g p r s 模块的报警功能实现。 第5 章，通信与w 曲服务器的研究与设计。论述了蓝牙驱动的移 植和蓝牙无线通信的实现过程，重点阐述了w r e b 服务器的优点、虚拟 机上交叉编译、配置b o a 的方法，阐述了基于w r e b 服务器的软件流程， 为b o a 的实现做准备。在启动w 曲服务器之后，利用s o c k e t 来侦听端口， 并响应c g i 的请求，执行c g i 的程序，通过s e r v f o x 启动摄像头的采集， 在p c 端加载j w e b c 锄p l a y e r 来显示由蓝牙传输的图像数据。 第6 章，系统测试。本文最后对功能和网页做了测试。功能测试 包括蓝牙通信测试、w | e b 服务器测试、g p r s 测试和显示测试；网页 测试是利用测试工具l o a d r u n n e r 8 1 进行测试，并对测试结果作了较详 细的分析。 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 第二章视频监控系统硬件设计 2 1 系统设计目标 本系统设计的目标是将蓝牙和w e b 技术与嵌入式系统结合起来， 利用嵌入式系统的可移植性、内核可裁剪、应用性强的特点，由 o m a p 5 91 0 加载摄像头和蓝牙驱动，通过c g i 程序来启动摄像头采 集视频流，经蓝牙模块传输到家庭内p c ，远程用户就可以在w r e b 网 页中加载印p l e t 程序j w e b c 锄p l a y e r 来播放视频流。同时启动主频比 a r m 高几倍的d s p 给采集的图象做运动检测，检测是否有人入侵， 并通过以太网控制器用网络传给监控中心，如果有人入侵，一方面将 监控中心的画面切到该用户家，用来给保安报警，另一方面启动蓝牙， 通过蓝牙和w r e b 服务器将采集到的图象传到家庭p c ，与此同时启动 g p r s 短信报警功能，发短信通知用户，用户可以通过浏览器访问家 庭内p c ，从而达到监控的效果。 2 2 系统设计方案与流程 作为智能家具监控系统，应用的场合在小区用户家中，而一般现 在的小区都带监控中心，基于这个原因，在o m a p 5 9 l o 开发平台上， 本系统设计方案包含三个部分。第一部分是监控中心部分，第二部分 是监控主机控制部分，第三部分是数据处理部分。第一部分中包含开 发板上的以太网控制器、网络和监控中心，主要是用来与小区监控中 心建立连接；第二部分包含u s b 摄像头组、w 曲服务器、蓝牙模块， u s b 摄像头采集图像，通过w r e b 服务器和蓝牙实现无线传输；第三 部分包含视频的显示、图像做运动检测和g p r s 短信报警模块，如果 运动检测程序检测到相邻两帧的图像的差异( 通过阈值的大小来确 定) ，发现异样，启动g p r s 的短信报警模块。整个流程图如图2 1 所示。 2 3 系统的硬件平台 2 3 10 m a p 5 9 10 处理器 图2 1 系统的流程图 随着更多应用在嵌入式系统中的实现，嵌入式系统向着更高级、 更复杂的方向发展。作为3 2 位结构体系中的典型代表，a i 蝴在各种 应用领域里得到了极其广泛的应用，成为目前国内电子设计领域里面 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 的焦点之一并且在将来会允许家电厂商在家电控制电路中使用微处 理器来降低成本。过去几年里，绝大部分a r m 系统。2 1 都是基于 a r m 9 处理器，主要用来做控制，目前，对于数据处理是它发展的一 个瓶颈1 3 】，而相比而言，d s p 处理器因为其主频高，所以在处理数据 上占有绝对的优势，但是它目前还脱离不了c c s 等软件，所以开发 板上系统的控制上，它比不上a r m 【1 4 】。 本文选择o m a p 5 9 l o 处理器。o m a p 5 9 1 0 是第一个将目标应 用瞄准在嵌入式应用的高集成化的通用o m a p 处理器，它的应 用已经超出了无线领域，能够实现与嵌入式远程通信互连【1 5 。6 1 。 o m a p ( 开放式多媒体应用平台) 处理器系列包括应用处理器及集 成的基带应用处理器，可提供高性能、实时处理能力及超低功耗 性能，广泛应用于p d a 、w e b 记事本、远程通信、医疗器械等【1 7 1 。 o m a p 5 9 l o 双核处理器最显著的特点是同时支持s c 和d s p 的操作系统，一个外部存储器通信控制器( t c ) ，允许在外部存储 器接口m p u 及d s p 间进行异步操作【1 8 】，在公共外设中还有邮箱等。 o m a p 5 9 l o 的g d y 封装图和主要功能图如分别如图2 2 和图2 3 所 示。 i3 5791 11 31 51 7 24681 01 21 41 8 图2 2o m a p 5 9 l o g d y 封装图( 下视图) 图2 3o m a p 5 9 1 0 处理器的主要功能图 o m a p 5 9 1 0 处理器，由t i 应用最为广泛的t m s 3 2 0 c 5 5 x d s p 内核与低功耗、增强型a r m 9 2 5 微处理器组成的双核应用处理器， 5 5 x 系列可提供对低功耗应用的实时多媒体处理的支持； o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o u r n l j g e c a t p m k h f d b 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 a r m 9 2 5 m p u 可满足控制和接口方面的处理需要。基于双核结构， o m a p 5 9 1 0 具有极强的运算能力和极低的功耗，一方面产品性能 高、省电，另一方面同其他o m a p 处理器一样，采用开放式、易 于开发的软件设施，支持广泛的操作系统，如l i n u x 、w i n d o w s 、 w i n c e 、n u c l e u s 、p a l mo s 、v x w o r k s 、j a v a 等。本系统选择博创 开发的多媒体应用开发平台u p o m a p 5 9 l o 。 o m a p 5 9 l o 采用2 8 9 管脚b g a 封装。其硬件功能模块包括m c u 子系统、d s p 子系统、存储器管理单元( t c ) 、直接存储器访问单元 ( d m a ) 、两级中断管理器及丰富的外围接口等，其中d s p 核、a r m 核以及存储器管理单元( t c ) 这三个部分可以独立地进行时钟管理，从 而有效地控制功能。下面简要介绍几个主要功能模块： 2 3 1 1m p u 子系统 m p u 子系统中的t i 增强型a r m 9 2 5 核是删r j s c 体系结构的 先进代表，主频为l7 5 m h z 。这是一个字长为3 2 b i t 的处理器核，可 以执行3 2 b i t 或l6 b i t 的指令，以及3 2 b i t 、16 b i t 或8 b i t 的数据处理。 它试用了流水技术，因此所有部分都可以连续的运行。m p u 核中包 含1 个协处理器1 5 ( c p l 5 ) 和保护模块，带有查表缓存的数据和程序存 储器管理单元( m m u ) 。片内有1 9 2 k 字节的内部s r a m ，可为液晶显 示器等应用提供大量的数据和代码存储空间。删9 2 5 核共有1 3 个 内部中断和1 9 个外部中断，采用两级中断管理。 2 3 1 2d s p 子系统 d s p ( 数字信号处理器) 子系统，基于一个核处理器和众多外设构 建而成。它可以与下列设备接口：通过微处理器单元接口( m p u i ) 与 t 1 9 2 5 t 相连接；通过外部存储器接口( e m i f ) 与各种标准存储器相连 接；通过t i 的外设总线( t i p b ) 桥与各种系统外设相连接。内部 3 2 k w ( k i l o w o r d ，干字) 的双寻址r a m ( d a r a m ) ，4 8 k w 的单寻址 r a m ( s a r a m ) ，1 6 k w 的r o m ；可通过软件配置的指令c a c h e ； 为视频处理提供的硬件加速器、像素内插和运动估计单元；不需 d s p 干预的、可进行高速数据传递的6 通道d m a 控制器。 2 3 1 3 存储器映射 以上两个子系统中，m p u 子系统是这个多媒体应用平台的核心， 它可以访问系统所有的1 6 m b 的存储空间，以及作为系统i o 空间的 1 2 8 k b 的d s p 子系统存储空间【1 8 】，系统中存储器映射情况如图2 4 所 示，d s p 子系统中存储器映射情况如图2 5 所示。 f i h 空间 s d r a m 空间 片内s d r a m 保留 本地总线 d s p ! 芒问 1 r i 外设总线i o 空间 片外慢速存储嚣接口x k 埘1 片外快速存储器接口 o i o o h 0 2 9 啪h 片内存储霉接口 4 0 0 d o o h 本地总线接口 保留( 不为o m a p ，9 l o 踟o o h 使用) d s p 协处理嚣接口c 啪嘶 1 1 的竺壅翟控制 f f o 嗨 寄存嚣 一。一 为商衄中断矢量保留n 啊下n d a r a m s d r m 片外 片外 片外 片外 p d r o m 图2 _ 4m p u 子系统存储器映射图2 5d s p 子系统存储器映射 其中，d s p 的片外地址段映射入m p u 地址范围，是通过d s p 1 4 基丁监牙的视频监控系统波讣与实现 m m u 来配置管理的 232e t h e r n e t 网卡单元 系统的以太嘲单元选用的芯片为a x 8 8 7 9 6 ，它是台湾a s i x 公司 推出的n e 2 0 0 0 兼容快速以太网控制器。其内部集成有i o 1 0 0m 州s 自适应的物理层收发器和8 k 1 6 位的s r a m ，支持m c s + 5 i 系列、 8 0 1 8 6 系列以及m c 6 8 k 系列等多种c p u 总线类型。a x 8 8 7 9 6 执行基 1 i e e e 8 0 2 3 1 e e e 8 0 23 u 局域嘲标准的1 0 m b s 和1 0 0 m b s 以太网控 制功能，并提供i e e e 8 0 23 u 兼容的媒质无关接口m i i r m e d i a i n d e p e n d e n ti n t e 而c e ) ，用以支持在其它媒质上的应h 。a x 8 8 7 9 6 的 地址总线s a 9 ：0 与数据总线s d 1 5 ：0 分别与c p u 的地址数据总线相 连。c p u 通过u o 读写n e 2 0 0 0 寄存器来控制a x 8 8 7 9 6 的工作状态， 通过远程d m af i f o s 与a x 8 8 7 9 6 的内部缓存s r a m 进行数据交换。 其原理图如罔2 6 所示。 幽26 a x 8 8 7 9 6 原理陶 233f l a s h 单元 f l a s h 是内存( m e m o r y ) 的种，但兼有r a m 和r o m 的优点， 是种。，在系统( j n s y s t e m ) 进行电擦写，掉咆后信息不丢失的存储 器，h 时它的高集成度和低成本使它成为场主流。f l a s h 芯片足由 内部成千卜万个仃储单元组成的，饵个单兀存储个b | t 。具有低功 耗、人容量、擦写速度快、可按或分扇区在系统编程( 烧笃) 、擦 除等特点，并且可山内部嵌入的算法完成对芯j j 的操作，凼而在各种 嵌入式系统巾得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，f 1 a s h 存系统中通常用于存放程序代码、常量表以及些在系统掉电后需要 保存的用户数据等。常用的f 1 a s h 为8 位或1 6 位的数据宽度，编程电 压为单33 v 。主要的生产厂商为i n t e l 、a t m e l 、a m d 、h y u n d a i 等。本系统中选择1 6 m 的f 1 a s h ，型号为i n t e l 的t e 2 8 f 1 2 8 ，其引脚 图如图2 7 所示。 234 电源模块 丌发板采用1 气流5 v 供电，如h4 2 所示，儿0 0 p o w e r j a c k 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 为电源圆形插座，从上往下看j 1 0 0 极性为上+ ”下“ ，用二极管隔离， j 1 0 1 p o w e r s w 为电源开关按钮，不使用时为常闭( 接通1 3 和4 6 ) ， 使用时接通1 2 和4 5 ，为开发板提供5 v 电源。 一 x 兰_ 一 ： 磊 钢v d c d l5 j l 】【似 p 0 丽z 曼点a c x 粼l 三一 弱d c 斟22 。 2 3 5g p r s 模块 图2 8 电源模块图 s i m l 0 0 是s i m c o m 推出的g s m g p r s 双频模块，主要为语音传 输、短消息和数据业务提供无线接口。s i m l o o 集成了完整的射频电 路和g s m 的基带处理器，适合于开发一些g s m g p r s 的无线应用产 品。模块支持外部s i m 卡，可以直接与3 o v 的s i m 卡或者时1 8 v 的s i m 卡连接，模块会自动检测和适应s i m 卡的类型，在本系统中，g p r s 模块实现的就是一个移动电话的基本功能，该模块正常的工作时需要 电信网络支持的，需要配备一个可用的s i m 卡，在网络服务计费方面 和普通手机类似。其6 0 针的连接器电路连接如图2 9 所示。 睁e 0 篮胂o 氍站琏r 0 i 冀 霄x d t x 。 暂f s c t s 辆 s 纵舻 s p 刚k s p l 2 p 2 3 6u s b 摄像头 图2 96 0 针连接器电路图 选好处理器之后，对摄像头同样进行选择。在视频监控系统中， 一般都会保存数据，但是如果数据不经过压缩那就需要更多、更大的 存储器来进行存储，而这无疑增加了难度和成本。假设摄像头采集的 数据格式为原始的r g b 2 4 格式，采集程序中设定的图像的大小为 3 2 0 x 2 4 0 ，以像素为单位，这样一帧图像的大小就为3 2 0 x 2 4 0 x 3 ，一个 像素用2 4 位，即3 个字节，一帧图像表示为2 3 0 ，4 0 0 字节。如果再 考虑摄像头的3 0 帧秒采样率，那数据量大概每秒达到6 5 m ，而蓝牙 在距离为2 4 米时，传输速度为7 1 k b s ，那么蓝牙传输一帧所需要的 时间大约为3 秒，那也就是采集的速度远比传输的速度快，这样下来 就会导致延时越来越大，实时传输的效果也就越来越差。由于嵌入式 系统必须针对具体的应用进行定制，需要严格考虑硬软件成本，尽量 基丁蓝牙的视频监控系统设计与实现 做到恰到好处。因此单纯靠增加存储器容量提高信道带宽，以及处理 器的处理速度等方法来解决这个问题是不现实的，我们必须考虑对数 据进行压缩。 就视频压缩方式而言，分软压缩和硬压缩两种。软件压缩就是未 压缩的图像数据直接进入系统内存，然后采用相关编码技术对图像进 行压缩，但是，图像压缩所采用的方法一般比较复杂，运算工作量大， 一般可借助硬件来提高运算速度来满足图像实时压缩【旧】。 z c 3 0 1 摄像头具有内置的j p e g 硬件压缩引擎。u s b 摄像头的数 据采集的一般流程为传感器接口一图像信号处理一图像压缩一u s b 传输，压缩是为了提高图像传输效率，嵌入式系统使用l i n u x 来做操 作系统使u s b 摄像头和嵌入式系统相连得到更好的应用【2 0 1 。由于本 设计采用的摄像头内部已经包含图像传感，处理和传输的功能，可以 直接从摄像头输出得到压缩的j p e g 视频流。所以本设计所做的工作 只是对l i n u x 下的u s b 摄像头的驱动程序s p c a 5 ) 【) 【进行改写，只需 让其输入的格式保持j p e g 格式，而无需进行解码。直接进行传输， 到客户端再进行解码。控制中星微芯片的j p e g 压缩比是在z c 3 x x h 中的语句定