基于ARM平臺的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究

關(guān)鍵詞： arm , 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)?，F(xiàn)今監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)步入了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時代，即視頻從前端圖像采集設(shè)備輸出時即為數(shù)字信號，并以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，基于TCP/IP協(xié)議，采用流媒體技術(shù)實現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復(fù)用傳輸。使用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)，符合網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化的特點，對公安、安防等行業(yè)有著重要的現(xiàn)實意義。
       視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采用基于PC機(jī)平臺＋視頻采集卡的形式，該方案系統(tǒng)體積大、成本高，在遠(yuǎn)距離、多點系統(tǒng)中實現(xiàn)困難。本設(shè)計采用三星公司的S3C2440[1]硬件平臺（CPU芯片含有視頻采集接口），軟件平臺是Linux-2.4.20操作系統(tǒng)內(nèi)核，由于Linux操作系統(tǒng)的開放特性、優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)支持性能、模塊化的結(jié)構(gòu)，較好滿足系統(tǒng)的需要。
       1.系統(tǒng)硬件設(shè)計
       系統(tǒng)主要由視頻采集和傳輸部分組成。有嵌入式處理器、CMOS圖像傳感器、存儲器、以太網(wǎng)接口、串口、及電源管理電路。嵌入式處理器是韓國三星公司的基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器（型號：S3C2440），主要面向高性價比、低功耗的應(yīng)用。為了處理圖像數(shù)據(jù)，CPU的工作頻率可達(dá)400MHz。S3C2440的資源包括LCD控制器，SDRAM控制器，攝像頭接口，3路串行接口，IICBUS接口，USB接口，觸摸屏接口。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，還進(jìn)行了相關(guān)的擴(kuò)展，配置了32M Flash ROM和256MBSDRAM。在嵌入式處理器的控制下，CMOS圖像傳感器(片上)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)幀同步信號觸發(fā)產(chǎn)生中斷后被拷貝到SDRAM，經(jīng)過MPEG-4編碼后由網(wǎng)口發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心顯示，系統(tǒng)框圖如圖一所示。
        1.1視頻采集模塊的設(shè)計
       圖像傳感器接口電路是硬件設(shè)計的關(guān)鍵部分，如何有效的采集數(shù)據(jù)也是系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。視頻采集模塊采用OV9640圖像傳感器[3]，它是一款高集成度、高分辨率（1280*960）的CMOS傳感芯片，內(nèi)部集成了時序電路，模擬信號處理電路，數(shù)字信號處理電路。該芯片支持RGB(4:2:2)，YUV(4:2:2),YCrCb(4:2:2)數(shù)據(jù)輸出格式，內(nèi)置138個設(shè)備控制寄存器，地址分別從0x00到0x8A,通過SCCB（Serial Camera ControlBus）接口可以方便的設(shè)置傳感器視窗大小、增益、白平衡校正、曝光控制、飽和度、色調(diào)等。由于S3C2440芯片有一個專用的視頻接口，所以CPU可以直接和CMOS圖像傳感器連接。圖像傳感器輸出的數(shù)據(jù)及控制信號包括像素時鐘(PCLK)、水平參考(HREF)、幀同步(VSYNC)和數(shù)據(jù)總線(D0-D7)，分別和主處理器的相應(yīng)信號相連。PCLK與HREF在處理器內(nèi)部相與后產(chǎn)生有效的像素時鐘信號，在有效時鐘信號的上升沿或下降沿將數(shù)據(jù)鎖定[4]。模塊和S3C2440接口電路如圖二所示。在OV9640圖像傳感器中，如果輸出YUV格式[5]，要用到數(shù)據(jù)線的Y2-Y9；如果輸出RGB格式，則要用數(shù)據(jù)線Y0-Y9。本設(shè)計中采用了YUV格式。

圖二 視頻采集模塊接口

        1.2網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計
       在S3C2440芯片上無網(wǎng)絡(luò)接口，為了實現(xiàn)在系統(tǒng)調(diào)試時，下載操作系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)映像，及在系統(tǒng)運(yùn)行中實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，所以在系統(tǒng)中擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口模塊（DM90000）。該芯片為10M/100M以太網(wǎng)物理層芯片，具有通用的處理器接口。模塊與2440接口如圖三所示：其中CMD為命令類型引腳，在高電平時為數(shù)據(jù)周期，在低電平時為地址周期?？赏ㄟ^CMD與數(shù)據(jù)總線訪問內(nèi)部54個控制及狀態(tài)寄存器。當(dāng)AS9-AS8設(shè)置成高，SA7設(shè)置成低，SA6-4與TXD2-0匹配時，DM90000由AEN引腳唯一控制是否被選中。此外，DM9000工作在正常模式，TEST1-4依次為1、1、0、0。為了保證DM90000收發(fā)正常，還要加上25M的晶振。
        2.系統(tǒng)的軟件設(shè)計
       軟件平臺由三部分組成：系統(tǒng)引導(dǎo)加載程序、嵌入式Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)及應(yīng)用程序。本設(shè)計中通過向ARM平臺移植u-boot-1.1.1實現(xiàn)系統(tǒng)的引導(dǎo)加載，uboot除了正常的引導(dǎo)嵌入式Linux外，還可以方便的切換到下載更新模式，利用TFTP功能對內(nèi)核映像及文件系統(tǒng)實時更新。嵌入式操作系統(tǒng)采用Linux2.4.20，開發(fā)模式采用最為普遍的宿主開發(fā)模式，即在宿主機(jī)上編譯內(nèi)核及應(yīng)用程序然后通過網(wǎng)口下載到目標(biāo)平臺上運(yùn)行，通過打印終端打印調(diào)試信息。文件系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)軟件平臺占用存儲量最大的一部分，它存儲了系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)程序和系統(tǒng)外設(shè)驅(qū)動程序。嵌入式Linux內(nèi)核移植[2]好后，主要工作就變成在操作系統(tǒng)下編寫驅(qū)動程序。在這里我們著重介紹OV9640的驅(qū)動程序的開發(fā)及MPEG-4編碼的實現(xiàn)。