1、-42-20078產品設計與實現一、前言二、數字視頻監控系統的組成三、視頻服務器的硬件實現監控系統作為現代企業不可缺少的重要組成部 分,已廣泛應用于交通、醫院、銀行、家居、視頻會 議和視頻點播、證券、遠程教育等諸多領域,可以有 效地避免安全隱患的發生,保障員工人身安全和企業 資產不受損失,實現無人值守。早期的模擬監控系統不能聯網,只能與監控中心 進行點對點通信,隨著圖像與視頻處理技術、網絡技 術和自動控制技術的發展,視頻監控系統已過渡到數 字化的網絡監控。它以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲 和播放為核心,采用先進的數字圖像壓縮編/解碼技術 和傳輸技術,將智能圖像處理與識別技術用于圖像顯 示、調整、

2、跟蹤,根據現場環境智能調節攝像機的位 置及清晰度,對物體進行跟蹤識別,對圖像進行分析 和處理。數字視頻監控系統主要由監控中心、通信鏈路和 多個監控站點組成。通訊鏈路在企業內部使用企業已 經鋪設好的局域網線路,將其連人企業內部網,然后 可以將其接人Internet,以便將信號傳輸給遠端分控計 算機或授權用戶。傳輸的數據包括視頻、報警等錄像 數據和控制信號。監控中心具有電視墻、磁盤陣列、 服務器、交換機和路由器等網絡設備,還可以通過多 級級聯構成多級監控系統。監控站點主要由視頻服務 器和攝像機組成,整個系統組網靈活;可以突破地域限 制,進行大規模、遠距離的實時圖像監控和報警處 理。如圖1所示。監控

3、系統的軟件包括客戶端、服務器端軟件兩部 分以及相互之間的通信。在實際工作中,根據實際情況,在需要的地方安 裝相應的前端監控設備(彩色或黑白攝像機、固定或活 動云臺、定焦或變焦和相應的軟件系統。圖I中的每個監控站點主要由攝像頭、云臺控制 器、網絡視頻服務器組成,可配置可變鏡頭、麥克 風、揚聲器等外設,如圖2所示。其中網絡視頻服務器 以嵌人式微處理器為核心,由視頻采集編碼模塊、網 絡功能模塊、實時時鐘模塊、攝像頭云臺控制模塊等 組成。嵌 人 式 微 處 理 器 是 硬 件 部 分 的 核 心 , 采 用 SAMSUNG的微處理器S3C4510B。該微處理器內置了圖 I 監控系統的構成1、嵌入式微處

4、理器基于ARM的視頻監控系統的設計與實現劉恒洋 王森(重慶重慶工學院計算機系,400050【摘要】 【關鍵字】 隨著計算機技術和圖像處理技術的發展,數字視頻監控系統得到了廣泛應用。隨著嵌入式技術和網絡技術的發展,出現了基于嵌入式和Internet的 視頻監控系統。介紹了基于ARM微處理器的嵌入式網絡視頻監控系統的組成,著 重闡述了監控系統的原理、設計方案,硬件模塊和軟件模塊的實現方法。嵌入式系統 遠程監控 圖像處理 Ip組播 數據壓縮遠程分控計算機 1授權用戶 1企業主干網授權用戶 2主控機房電視墻交換機主控計算機 監控站 1磁盤陣列服務器視頻 服務器視頻 服務器監控站 220078產品設計與

5、實現ARM公司設 計 的 16/32位 ARM7TDMI內 核 , 可 以 執 行 32位的ARM指令或16位的Thumb指令,操作頻率最高 達50MHz,專為以太網通信系統的集線器和路由器而 設計,提供了8K字節的Cache和以太網控制器,內置 2通道的HDLC(高級數據鏈路控制,2個UART(通 用異步收發通道,32位定時器和18個通用可編程 I/0端口,具有低成本和高性能的特點。 云臺控制器配有標準RS232接口,與視頻服務器的 串口相連,由視頻服務器對云臺進行控制。監控中心 或授權用戶可以通過網絡發送命令給視頻服務器,通 過視頻服務器上的RS232串口,發送控制指令給云臺控 制器,控制

6、云臺中各個電源開關的開合,從而實現對 云臺上、下、左、右、自動等動作的控制以及攝像頭 的變焦、變倍、拉伸等的控制。視頻采集壓縮模塊由視頻數據采集和視頻數據壓 縮兩部分組成。視頻數據采集芯片選用Omnivition公司 的彩色數字圖像傳感器OV7620,負責采集攝像機發送 來的模擬視頻數據并進行模數轉換,然后將處理后的 數字化視頻YUV數據存人數據緩沖器1。該芯片支持 VGA/QVGA兩種格式的圖像,最高像素達326688,幀速 率可達30fps,數據格式包括YCrCb 4:2:2,GRB 4:2:2, RGB Raw Data三種,可調節圖像的亮度、對比度、飽 和度等,支持CCIR601,CC

7、IR656,ZV port等數字視頻 接口,在功能及圖像品質上達到要求。視頻數據壓縮部分的功能是從數據緩沖存儲器1中 讀出YUV格式的視頻數據,進行MPEG4格式的壓縮, 然后通過數據總線將數據存儲到另一個緩沖存儲器2中 , 由 S3C4510B進 行 處 理 。 該 壓 縮 芯 片 采 用 美 國 Vweb公司生產的VW2010,這是一種常用的實時視音頻壓縮/解壓縮芯片,兼容MPEG-1、2、4、H.263標準, 具有很高的實用性和性價比,計算能力強大,可以以 每秒25幀或30幀的采樣速度對視頻信號進行實時、動 態的捕獲和壓縮。VW2010芯片在圖像壓縮完成后或當 數據緩沖存儲器半滿時,會產

8、生中斷,通知系統圖像 壓縮任務己經完成,或者緩沖區等待取走數據,以便 存儲新的數據。網絡接口模塊負責與遠程的通信,接收遠程發送 來的控制命令,或將壓縮處理后的數據發送到網絡 中,它直接由S3C4510B芯片內集成的10/100M以太網接 口控制器與以太網接口芯片RTL8201以及RJ45網絡接口 組成。以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口 (Physicall,ayer,PHY兩大部分構成。S3C4510B內嵌 一個以太網MAC控制器,支持媒體獨立接口(MediaIn dependentIn terface,MII和帶緩沖的DMA接口,但并未 提供物理層接口,故需外接網絡協議芯片作為以

9、太網 的物理層接口,以提供以太網的接人通道。本系統采 用的物理層接口芯片是Realtek公司生產的單片、單端 口10/100M RTL8201芯片,它提供MII接口和傳統7線制 網絡接口,可以方便地與S3C4510B配合使用,再通過 網絡變壓器接人RJ45與以太網相連。監控系統需要在出現報警或者發生特殊事件時, 記錄發生的時間。傳統的數據記錄方式是定時采樣, 沒有具體的時間記錄,因此只能記錄數據而無法準確 記錄其出現的時間,而且需要占用硬件資源,因此需 采用實時時鐘RTC(Real Time Clock芯片。RTC通過電路 板上的電池來供電,而不是通過電源來供電的,當關 掉電源后,RTC仍然能

10、夠繼續工作,以便在斷電后仍 然能保持時間。可以選擇12小時模式或24小時模式。視頻服務器上運行CLinux操作系統和應用程 序,應用程序建立在CLinux操作系統基礎之上,通 過CLinux的設備驅動程序對硬件進行控制,如圖3所 示。服務器端軟件開發采用宿主機/目標機模式,在宿 主機上開發后,通過串口、以太網接口或JTAG接口將 應用程序下載到數字視頻服務器中。視頻服務器端軟件的主要功能是對攝像機攝取的2、云臺控制器3、視頻采集壓縮模塊設計4、網絡接口模塊設計5、實時時鐘模塊設計1、監控服務器端軟件系統結構四、監控系統的軟件結構及其實現-43-44-20078產品設計與實現圖像進行采集、壓縮、

11、存儲、傳送、播放等操作,當 操作系統啟動后,啟動實時時鐘,系統加載串口、 USB等驅動模塊,等待拍照的完成,然后不斷重復采集 圖片,發送圖片的操作。客戶端指的是監控中心或者遠端的一個授權用 戶,可以接收來自視頻監控服務器傳送的數據。其功 能主要包括接收數據、瀏覽數據、播放圖像(壓圖形, 數據分析,文件存儲。當客戶端接收到數據后,首先 根據協議數據規范對截獲的數據進行分析,剝離出協 議頭,分析下層數據,一層層進行直至得到最終用戶 數據,并對其中的用戶信息和流量進行統計,再對這 兩個部分信息進行存儲或傳給相應的顯示模塊。為了 查看以前的記錄,在顯示結果的同時,也要把結果記 錄下來,保存在監控中心的

12、磁盤陣列上,以備日后取 出核對檢查。多個不同的客戶端有可能同時要求接收/查看一個 通道的圖像,因此為了減輕網絡負擔,并提高數據傳 輸率,采用組播技術。視頻服務器發送一個信息,網 絡中的多個IP站點可以同時接收該信息,這樣可以減 少網絡流量,避免資源浪費。對每個攝像頭都建立一個名字唯一的組播組,每 個想實時監控某攝像點的主機都申請加人該攝像點的 組播組,由視頻服務器自動維護組員和組之間的關 系,明確知道某報文是否應發送到某個子網。視頻監 控器還負責組播地址和端口的分配、客戶端視頻和其 他信號采集參數的設置以及遠程監控規則的更新。在 軟件設計中通過使用socket編程,來實現底層的數據控 制和傳輸

13、程序。系統中客戶應用程序向服務器應用程 序請求服務,建立連接。服務器應用程序一般在一個 周知地址上偵聽(listen服務請求。其主要的流程可通過 圖4來表示。嵌人式視頻監控系統不僅具有抗干擾能力強,適 合遠距離傳輸,能夠加密,可用計算機對圖像信息進 行壓縮、分析、存儲和顯示,充分利用現有網絡資源 等諸多優點,而且具有體積小、功耗低、易于安裝、 使用方便和便于維護等優點。該系統以TCP/IP網絡為 傳輸媒介,采用組播技術實現視頻信號在網上的傳 輸,在網絡的任意位置都可實現對整個監控系統的指 揮、調度、存貯和授權控制。2、客戶端軟件3、客戶端與服務器端的通信五、結束語【參考文獻】3景紹學,李正明,宋永獻等.S3C4510B在