基于ARM的视频监控系统的设计与实现1

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Internet,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

4、理器基于ARM的视频监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Internet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

5、实现ARM公司设 计 的 16/32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 I/0端口,具有低成本和高性能的特点。 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

6、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 4:2:2, RGB Raw Data三种,可调节图像的亮度、对比度、饱 和度等,支持CCIR601,CC

7、IR656,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,兼容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

8、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(MediaIn dependentIn 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

9、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MII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

10、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CLinux操作系统和应用程 序,应用程序建立在CLinux操作系统基础之上,通 过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-43-44-20078产品设计与实现图像进行采集、压缩、

11、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

12、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 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

13、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五、结束语【参考文献】3景绍学,李正明,宋永献等.S3C4510B在