基于ARM的视频监控系统的设计与实现1_图文.

1、-42-20078产品设计与实现一、前言二、数字视频监控系统的组成三、视频服务器的硬件实现监控系统作为现代企业不可缺少的重要组成部 分，已广泛应用于交通、医院、 银行、家居、视频会议和视频点播、证券、远程教育等诸多领域,可以有效地避免 安全隐患的发生，保障员工人身安全和企业资产不受损失，实现无人值守。早期的模拟监控系统不能联网，只能与监控中心进行点对点通信，随着图像与视 频处理技术、网络技 术和自动控制技术的发展，视频监控系统已过渡到数 字化的网 络监控。它以数字视频的压缩、传输、存储 和播放为核心,采用先进的数字图像压 缩编/解码技术 和传输技术,将智能图像处理与识别技术用于图像显 示、调整

2、、跟 踪,根据现场环境智能调节摄像机的位置及清晰度，对物体进行跟踪识别，对图像进行 分析和处理。数字视频监控系统主要由监控中心、通信链路和多个监控站点组成。通讯链路在企业内部使用企业已 经铺设好的局域网线路，将其连人企业内部网，然后可以将 其接人 In ternet，以便将信号传输给远端分控计算机或授权用户。传输的数据包括视 频、报警等录像数据和控制信号。监控中心具有电视墙、磁盘阵列、服务器、交换机和路由器等网络设备，还可以通过多级级联构成多级监控系统。监控站点主要 由视频服务器和摄像机组成，整个系统组网灵活；可以突破地域限制,进行大规模、远距离的实时图像监控和报警处 理。如图 1 所示。监控

3、系统的软件包括客户端、服务器端软件两部分以及相互之间的通信在实际工作中，根据实际情况，在需要的地方安装相应的前端监控设备（彩色或 黑白摄像机、固定或活动云台、定焦或变焦和相应的软件系统。图 I 中的每个监控站点主要由摄像头、云台控制 器、网络视频服务器组成，可 配置可变镜头、麦克风、扬声器等外设，如图 2 所示。其中网络视频服务器 以嵌人 式微处理器为核心，由视频采集编码模块、网 络功能模块、实时时钟模块、摄像头 云台控制模块等组成。嵌人式微处理器是硬件部分的核心,采用 SAMSUNG 的微处理器 S3C4510B。该微处理器内置了图 I 监控系统的构成1、嵌入式微处理器基于 ARM 的视频监

4、控系统的设计与实现刘恒洋王森（重庆重庆工学院计算机系,400050【摘要】【关键字】随着计算机技术和图像处理技术的发展，数字视频监控系统得 到了广泛应用。随着嵌入式技术和网络技术的发展，出现了基于嵌入式和 In ternet 的视频监控系统。介绍了基于 ARM 微处理器的嵌入式网络视频监控系统的组成，着重阐述了监控系统的原理、设计方案，硬件模块和软件模块的实现方法。嵌入式系统远程监控图像处理 Ip 组播数据压缩远程分控计算机 1授权用户 1企业主干网授权用户 2主控机房电视墙交换机主控计算机监控站 1 磁盘阵列服务器视频服务器视频服务器监控站 220078产品设计与实现ARM 公司设计的 16

5、/32 位 ARM7TDMI 内核,可以执行 32 位的 ARM 指令或 16 位的Thumb 指令,操作频率最高达 50MHz,专为以太网通信系统的集线器和路由器而设 计提供了 8K 字节的 Cache 和以太网控制器，内置 2 通道的 HDLC（高级数据链路控 制,2 个UART（通用异步收发通道,32 位定时器和 18 个通用可编程 1/0 端口,具有低 成本和高性能的特点。叱1OnLU9| IJCCCUMIIC卜刪”那曄uoflM iUQLfL呵VII q即絳云台控制器配有标准 RS232 接口，与视频服务器的 串口相连，由视频服务器对云台进行控制。监控中心 或授权用户可以通过网络发送

6、命令给视频服务器，通过视频服务器上的RS232串口，发送控制指令给云台控 制器，控制云台中各个电源开关的开 合，从而实现对 云台上、下、左、右、自动等动作的控制以及摄像头的变焦、变倍、拉伸等的控制。视频采集压缩模块由视频数据采集和视频数据压缩两部分组成。视频数据采集芯片选用 Omnivition公司的彩色数字图像传感器 OV7620,负责采集摄像机发送 来的模拟视频数据并进行模数转换，然后将处理后的 数字化视频 YUV 数据存人数 据缓冲器 1。该芯片支持 VGA/QVGA 两种格式的图像，最高像素达 326688,帧速率 可达 30fps,数据格式包括 YCrCb 4:2:2,GRB 4:2

7、:2, RGB Raw Data 三种，可调节图像 的亮度、对比度、饱 和度等,支持 CCIR601,CCIR656,ZV port 等数字视频 接口，在功 能及图像品质上达到要求。视频数据压缩部分的功能是从数据缓冲存储器 1 中读出 YUV 格式的视频数据进行 MPEG4 格式的压缩,然后通过数据总线将数据存储到另一个缓冲存储器 2 中,由 S3C4510B 进行 处理。该压缩芯片采用美国 Vweb 公司生产的 VW2010,这是一种常用的实时视音频压缩/解压缩芯片謙容 MPEG-1、2、4、H.263 标准,具有很高的实用性和性价 比,计算能力强大，可以以每秒 25 帧或 30 帧的采样速

8、度对视频信号进行实时、动 态 的捕获和压缩。VW2010 芯片在图像压缩完成后或当数据缓冲存储器半满时，会产 生中断，通知系统图像压缩任务己经完成，或者缓冲区等待取走数据，以便存储新的 数据。网络接口模块负责与远程的通信，接收远程发送来的控制命令，或将压缩处理后 的数据发送到网络 中,它直接由 S3C4510B 芯片内集成的 10/100M 以太网接口控制 器与以太网接口芯片 RTL8201 以及 RJ45 网络接口组成。以太网接口电路主要由 MAC 控制器和物理层接口(Physicall,ayer,PHY 两大部分构成。S3C4510B 内嵌一个以太网 MAC 控制器，支持媒体独立接口(Me

9、diaindependentln terface,MII 和带缓冲的 DMA 接口，但并未提供物理层接口，故需外接网 络协议芯片作为以太网 的物理层接口，以提供以太网的接人通道。本系统采 用的物 理层接口芯片是 Realtek 公司生产的单片、单端 口 10/100M RTL8201 芯片,它提供Mil 接口和传统 7 线制网络接口，可以方便地与 S3C4510B 配合使用，再通过 网络变 压器接人 RJ45 与以太网相连。监控系统需要在出现报警或者发生特殊事件时，记录发生的时间。传统的数据 记录方式是定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确 记录其出 现的时间，而且需要占用硬

10、件资源，因此需 采用实时时钟 RTC(Real Time Clock 芯 片。RTC通过电路板上的电池来供电，而不是通过电源来供电的，当关掉电源 后,RTC 仍然能够继续工作，以便在断电后仍 然能保持时间。可以选择 12 小时模式 或 24 小时模式。视频服务器上运行 卩 CLinux 操作系统和应用程 序，应用程序建立在 卩 CLinux 操作系统基础之上，通过卩 CLinux 的设备驱动程序对硬件进行控制,如图 3 所示。服务 器端软件开发采用宿主机/目标机模式，在宿主机上开发后，通过串口、 以太网接口 或 JTAG接口将 应用程序下载到数字视频服务器中。视频服务器端软件的主要功能是对摄像

11、机摄取的2、云台控制器3、视频采集压缩模块设计4、网络接口模块设计5、实时时钟模块设计1、监控服务器端软件系统结构四、监控系统的软件结构及其实现-43-4420078产品设计与实现图像进行采集、压缩、存储、传送、播放等操作，当操作系统启动后，启动实时 时钟，系统加载串口、 USB 等驱动模块，等待拍照的完成，然后不断重复采集 图片，发送图片的操作。客户端指的是监控中心或者远端的一个授权用 户,可以接收来自视频监控服务 器传送的数据。其功 能主要包括接收数据、浏览数据、播放图像（压图形,数据分 析，文件存储。当客户端接收到数据后，首先根据协议数据规范对截获的数据进行分析，剥离出协 议头,分析下层

12、数据，一层层进行直至得到最终用户 数据,并对其中的用 户信息和流量进行统计，再对这两个部分信息进行存储或传给相应的显示模块。为 了查看以前的记录，在显示结果的同时，也要把结果记 录下来，保存在监控中心的磁 盘阵列上，以备日后取 出核对检查。多个不同的客户端有可能同时要求接收/查看一个 通道的图像，因此为了减轻网 络负担，并提高数据传 输率,采用组播技术。视频服务器发送一个信息，网络中的多 个 IP站点可以同时接收该信息，这样可以减 少网络流量，避免资源浪费。对每个摄像头都建立一个名字唯一的组播组，每个想实时监控某摄像点的主机 都申请加人该摄像点的 组播组，由视频服务器自动维护组员和组之间的关

13、系,明确知 道某报文是否应发送到某个子网。视频监 控器还负责组播地址和端口的分配、客 户端视频和其他信号采集参数的设置以及远程监控规则的更新。在软件设计中通过使用 socket 编程,来实现底层的数据控 制和传输程序。系统中客户应用程序向服 务器应用程序请求服务，建立连接。服务器应用程序一般在一个 周知地址上侦听 (listen 服务请求。其主要的流程可通过 图 4 来表示。嵌人式视频监控系统不仅具有抗干扰能力强，适合远距离传输，能够加密,可用计 算机对图像信息进 行压缩、分析、存储和显示，充分利用现有网络资源 等诸多优点, 而且具有体积小、功耗低、易于安装、使用方便和便于维护等优点。该系统以

14、TCP/IP 网络为 传输媒介，采用组播技术实现视频信号在网上的传 输,在网络的任意位置都可实现对整个监控系统的指 挥、调度、存贮和授权控制。2、 客户端软件3、 客户端与服务器端的通信【参考文献】1景慧燕一种嵌入式移动视频监控系统的设计J.电视技术.2005,11.91-93结束语2何小敏，张小花.智能化远程图像监控系统的研 究及其应用J-组合机床与自 动化加工技术.2004(9.13-153景绍学，李正明，宋永献等.S3C4510B 在远程网络视频监控中的应用J微计算 机信息 2006,8-2:14-164徐兵.基于 Web 的远程视频监控系统在自动化中的设计与应用J微计算机信息.2006,10-1:286-2875黄贤英，田淑宁.包装车间数字化无线视频监 控系统的研究与实现J.包装工 程.2006,4:207-2086胡勇华,谢宝昌，李军.基于 ARM 的无线视频监控系统的设计J.电工技术2006,3:48-5嵌人式歳用软件通侑协议文件怦理播人秤庠数拯传迖嵌人式攥柞系址(HTOS