基于ARM的嵌入式远程智能视频监控系统的设计

1、52Electrical Automation基于 ARM 的嵌入式远程智能视频监控系统的设计刘萌 1郑煊 2李国3(1齐鲁师范学院物理系 , 山东 济南 250200; 2山东凯文科技职业学院信息学院 , 山东 济南 250200;3齐鲁师范学院计算机系 , 山东 济南 250200摘要 :提出了一种基于 ARM 系列微处理器 S3C2410的远程智能视频监控系统 。 介绍了系统的软 、 硬件构成及流程设计 。 系统通过因特网和彩信两种方式实现远程智能监控 , 针对采集到的图像智能地分析视频内容 , 并根据分析的结果自动报警 。 系统能有 效降低所存储的视频信息的冗余性 、 减轻监控人员的工

2、作负荷 , 监控效果良好 。关键词 :远程智能视频监控嵌入式InternetGPRS中图分类号 TN91; TP274文献标志码 A 文章编号 10003886(2011 05005202Design of Embedded Remote Intelligent Video Surveillance System Based on ARMLiu Meng 1Zheng Xuan 2li Guo 3(1Department of physics , Qilu normal university , Jinan Shandong 250200, China ;2Department of comm

3、unication Shandong Kaiwen college of science and technology , Jinan 250200, China ;3Department of computer , Qilu normal university , Jinan Shandong 250200, China Abstract :A kind of embedded remote intelligent video surveillance system is advanced in this paperThe hardware , soft ware and flow char

4、t arealso introduced tooThis system realizes remote intelligent video surveillance through internet and multimedia messaging service (MMS Contraposing the picture gathered and analyzing the content of the video , then chooses to give an alarm or nothis system can reduce the lengthiness of the memory

5、 , alleviates the burthen of the vigilance , and achieves a good efficiencyKeywords :Remote intelligent video surveillanceEmbedded systemInternetGPRS收稿日期 :201102250引 言伴随着网络技术和数字视频技术的飞速发展 , 监控技术正向 着智能化 、 网络化方向不断前进 。 传统的视频监控系统是由人在 监控室监控各路摄像机 , 或者是摄像机连续不断地工作 , 将拍摄 到的图像视频信号存储起来供以后分析使用 。 这样就出现以下 问题 :人作为监

6、控者 , 人眼对视频的监控精度是有限的 , 而且人对 单调的物体无法长时间的集中注意力 ; 视频冗余信息量大 , 浪费 了大量存储空间 , 检索困难 , 目前还只是作为一种事后取证的系 统 , 尚不能做到及时报警 。 如存在可疑事件则通过 GPRS 网络向用户事先设定好的手 机号发送采集到的图像 ; 如不存在可疑目标 , 则将图像丢弃 。 用 户还可通过网络远程登录实现视频播放和录制 。 该方法有效降 低了监控中心的服务器端的存储成本 , 同时减轻了监控人员的工 作负荷 。 本 文 主要讨 论 的是嵌入 式 视 频 采 集 前 端 的 软 、 硬 件 设计 。1系统方案设计 11系统总体结构视

7、频监控终端结构是以嵌入式处理器 S3C2410为主控芯片并对其资源进行扩展 , 扩展的模块包括视频采集压缩模块 、 GPRS 模块以及网络传输模块 。 系统的总体结构如图 1所示 :12系统的工作原理视频图像信息由摄像头采集到视频监控终端 , 通过嵌入式处理系统先对采集的图像进行探测分析 , 从而获得视频中的运动目 标 。 如存在可疑目标则通过 GPRS 网络向用户事先设定好的手图 1系统总体结构设计机号发送采集到的图像 , 同时将音视频信息编码成 AVI 文件保存 到 u 盘或移动硬盘 ; 如不存在目标 , 则将图像丢弃 。 用户还可通 过远程登录服务器 , 继而获得服务器发来的音视频数据

8、, 并可根 据权限实现远程播放与录制 。2系统硬件设计21硬件结构设计数字视频监控系统的硬件核心 ARM 微处理器 S3C2410是 Samsung 公司基于 ARM 公司的 ARM920T 处理器核 , 采用 018um 制造工艺的 32位微控制器 。 该处理器拥有独立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 数据 Cache , MMU , 最高可运行在 203MHz , 特别适合对成本和功耗敏感的应用 1。 系统使用两片 HY57V561620构 成 SDRAM 存储系统 , 由于 NAND Flash 容量大而成本比较低 , 因此 ,FLASH 芯片选用一片 64M 的 K9F12

9、08U0B 用来存放应用程 序 、 操作系 统 和 数 据 文 件 。 视 频 监 控 终 端 的 硬 件 结 构 如 图 2所示 :22视频采集模块设计S3C2410的摄像机接口接收 ITU 标准的图像数据 , 不能直接Electrical Automation 53图 2视频监控终端硬件结构设计接收 CCD 摄像机输出的模拟视频信号 , 因此还需要一块视频解码芯片 。 本系统采用 Philips 公司的 SAA7113, 无需外加逻辑控制 电路和 FIFO 缓存 , 使系统硬件更加简单和稳定 。 摄像机输入的 模拟音视频信号由 SAA7113的模拟端子输入 , 在 SAA7113内部 经过

10、钳位 ,抗混叠滤波 、 A /D转换 、 YUV 分离转换成 ITU 656、 YUV 4 2 2格式的视频 。 对 SAA7113初始化由 S3C2410内部集成的 I 2C 控制器来完成 。 S3C2410的摄像机接口与 SAA7113的连接原理如图 3所示 。图 3视频采集模块原理图图中 ,SAA7113的 CE 引脚与 S3C2410的一个 GPIO 引脚相 连 , 这样可以控制 SAA7113的工作状态 。 当无须采集图像时 , 将 该 GPIO 口输出低电平 , 使 SAA7113芯片处于低功耗状态 , 节省 电能的消耗 。23网络控制模块设计3以太网芯片采用了 Cirrus Lo

11、gic 公司生产的低功耗 、 性能优良的 16位以太网控制器 CS8900A 。 CS8900A 包括片上 RAM , 10Base T 传输和接受滤波器 。 该芯片的突出特点是使用灵活 , 其物理层接口 、 数据传输模式和工作模式等都可以根据需要而动 态调整 , 通过内部寄存器设置来适应不同的环境 。 为了工艺简洁 , 采用内部带有变压器的 RJ45。 网络接口硬件电路原理图如 图 4所示 :24GPRS 模块设计系统的 GPRS 模块设计选用 Cellon 公司的 CMS91, 它是一种双频段 GSM /GPRS10级模块 , 主要优点有 :低功耗 、 接口简单 、 AT 指令功能完善 、

12、 可支持 GPRS CLASS 10、 开发多媒体应用 、 价格较 低等 。 同时 , 它也提供 SMS (短消息服务 和语音功能 。 图 5 给出了由 CMS91构成的 GPRS 模块的电路原理图 。图 6视频采集流程图(下转第 58页 在该设计中 ,CMS91模块相当于一个无线调制解调器的应用 系统 , 由于该模块已经集成了一个无线接收机模块 , 实际使用时 需接入 SIM 卡插座 。 GPRS 终端是通过 RS232接口来完成对模块的控制 , 譬如拨号和模式切换等 。 电路中利 用电平转换芯片 MAX232实现了微 处理器的 TTL 电平与 RS232电平的 转化 。3系统软件设计软件设

13、计采用成熟稳定的 linux2612内核 , 该操作系统具有多用户 , 多 任务 , 多平台 , 良好的可移植性 , 开放性以及免费使用的特点 , 使用该平台不但 保持了嵌入式系统小型化 、 低功耗 、 易携带的特点 ,又充分利用了 Linux 系统 完整的内存 、 文件 、 线程管理功能 , 大大 方便了程序的开发和程序中多任务功能的实现 。 软件平台由视频采集 、 压缩 编码 、 打包封装 、 无线发送 , 跨层码率控制等部分构成 4。58Electrical Automation采集器的硬件构建和驱动程序的设计和实现过程 , USB 摄像头引 入嵌入式系统中 , 构建一种嵌入式视频图像采

14、集器 , 是一种普适 性高 , 成本低的视频采集方案 , 最重要的特点是具有很高的二次开发性 。 该方案可被应用到嵌入式应用开发中去 , 如嵌入式的远 程监控的图像采集端 、 嵌入式图像处理等领域 。参考文献1潘宁 , 杨丹 , 宋恩民 Win CE 下基于 ARM 的 USB 摄像头图像采集J 微计算机信息 , 2008, 7(3 :272273, 2822邹意然 , 王永威 , 赵龙 嵌入式系统中于 USB 摄像头的图像采集 J 微计算机信息 ,2010, 12(2 :24283薛园园 赵健岭 USB 应用开发实例详解 M 北京 :人民邮电出版社 ,2009:4174李媛媛 Visual

15、C +网络通信开发入门与编程实践 M 北京 :电子工业出版社 ,2008:23405李 英 Visual C +编 程 与 项 目 开 发 M 上 海 :华 东 理 工 出 版社 , 2008【 作者简介 】 田伟 (1985 , 男 , 河北省沧州市人 , 在读研究生 ; 主要从事嵌入式系统与应用的研究 。 周飞菲 (1980 , 女 , 河南省郑州市人 , 讲师 ; 研究方向为计算机网络 欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁。(上接第 53页 31视频采集的实现系统初始化时 , 打开 CCD 视频设备文件 , 采集的模拟视频经

16、SAA7113H 模数转换 , 把生成的标准 ITU656YUV4:2:2格式的数 字视频读入处理器芯片 S3C2410的寄存器中 。 通过 H264的编 解码器对数字视频流进行软件编码 。 视频采集流程图如 图 6所示 :32 远程网络监控图 7客户端与服务器连接流程图本 系 统 在 Win-dows 下 开 发 了 基 于 MFC 的 客 户 端 应 用 程 序 。 通 过 Internet 网 络 与 监 控 服 务 器 端相 连 , 远 程 用 户 可 通 过 登 录 系 统 中 心 服务 平台 , 在 欢 迎 页 面 中 输 入 用 户 名 和 密 码 即 可进入视频监控主界面 ,继

17、而获得服务器发来的音视频数据 , 根据 服务平台设定的权限可现实远程播放与录制 。 面向数据包的 UDP 接连适合于音视频帧的传输 , 本模块采用这一连接模式 。 客 户端与服务器建立连接的流程如图 7所示 。33GPRS 收发子程序设计在没有 Internet 网络的条件下 , 系统可通过 GPRS 网络向用户事先设定好的手机号发送采集到的图像 。 CMS91加电后 , 系统 通过 IO 口操作 CMS91的 ON /OFF控制位 , 使 CMS91正式启动 , 启动过程大约 35秒 , 若 CMS91接有有效的 SIM 卡 , CMS91将 附着在 GPRS 网络 。 启动后便可以通过 U

18、ART 串口发送 AT 指令来控制数据的收发 , 对 CMS91的串口读写操作仍然是由中断服 务程序来实现 , GPRS 收发子程序流程图如图 8所示 。 图 8GPRS 收发子程序流程图4结束语本文设计的远程智能视频监控系统实现了对音视频信息 、 报警和远程控制的智能化综合管理 ; 提供了本地 、Internet 、 GPRS 三种网络 视频监控接入方式 ,具有较强的适应性和扩展性 ; 尤其是将 Internet 服务和彩信业务应用到监控中 , 使监控方式更灵活 , 监控效果更显 着 。 随着 3G 无线传输技术以及流媒体技术的快速发展和应用 , 在接 下来的研究中可以利用 3G 高速网络实现手机视频监控 。参考文献1李岩 , 荣盘祥 基于 S3C2410X 嵌入式 ucLinux 系统原理及应用 M 北京 :清华大学出版社 ,20052赵满意 , 李君懿 , 赵利 基于 ARM9的无线视频监控系统前端设计J 微计算机信息 , 2010(2 :1331353曹庆年 , 等 基于 ARM9的嵌入式 Linux 网络通信系统设计与实现J 西北大学学报 (自然科学版 , 2009(1 :47504孙纪坤 , 张小拿