基于ARM嵌入式處理器的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、基于ARM嵌入式處理器的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計 來源：機電論文 | 類別：技術(shù) | 時間：2009-3-20 10:42:14 字體：大 中 小 引言 圖像與視頻頻監(jiān)控系統(tǒng)是是應用計算機機與通信技術(shù)術(shù)實現(xiàn)對目標標地區(qū)信息監(jiān)監(jiān)控的系統(tǒng)，常常應用于交通通、能源、公公安、電信、軍軍事等部門。 隨著圖像與與視頻監(jiān)控系系統(tǒng)的應用領(lǐng)領(lǐng)域不斷擴大大，遠程圖像像與視頻監(jiān)控控系統(tǒng)應運而而生，它滿足足了遠距離監(jiān)監(jiān)控的要求。數(shù)數(shù)字視頻監(jiān)控控系統(tǒng)是以計計算機或嵌入入式系統(tǒng)為中中心、視頻處處理技術(shù)為基基礎(chǔ)，是符合合圖像數(shù)據(jù)壓壓縮的國際標標準。綜合利利用圖像傳感感器、計算機機網(wǎng)絡、自動動控制和人工工智能等技術(shù)術(shù)的一種新型

2、型監(jiān)控系統(tǒng)。由由于數(shù)字視頻頻監(jiān)控系統(tǒng)對對視頻圖像進進行了數(shù)字化化，所以與傳傳統(tǒng)的模擬監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)相比比，數(shù)字監(jiān)控控具有許多優(yōu)優(yōu)點。數(shù)字化化的視頻系統(tǒng)統(tǒng)可以充分利利用計算機的的快速處理能能力，對其進進行壓縮、分分析、存儲和和顯示。 數(shù)字化視頻頻處理技術(shù)提提高了圖像的的質(zhì)量與監(jiān)控控效率，使系系統(tǒng)易于管理理和維護。整整個系統(tǒng)是模模塊化結(jié)構(gòu)，體體積小，易于于安裝、使用用和維護。正正是由于數(shù)字字視頻監(jiān)控技技術(shù)具有傳統(tǒng)統(tǒng)模擬監(jiān)控技技術(shù)無法比擬擬的優(yōu)點，而而且符合當前前信息社會中中數(shù)字化、網(wǎng)網(wǎng)絡化和智能能化的發(fā)展趨趨勢，所以數(shù)數(shù)字視頻監(jiān)控控技術(shù)正在逐逐步取代模擬擬監(jiān)控技術(shù)，廣廣泛應用于各各行各業(yè)。嵌嵌入式系統(tǒng)

3、以以體積小、實實時性強、性性價比高、穩(wěn)穩(wěn)定性好等特特點在社會的的各個領(lǐng)域中中得到了廣泛泛應用?；谟贏RM嵌入入式的數(shù)字化化遠程監(jiān)控是是基于現(xiàn)代通通信技術(shù)的一一種新應用。本本設計是一種種嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)，以 ARRM硬件平臺臺為核心實現(xiàn)現(xiàn)了對現(xiàn)場的的實時監(jiān)控，并并通過無線網(wǎng)網(wǎng)絡把視頻圖圖像傳輸?shù)街髦鳈C端，以實實現(xiàn)分析、存存儲和顯示等等功能，與傳傳統(tǒng)的模擬監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)相比比：它的組網(wǎng)網(wǎng)成本大大降降低，系統(tǒng)體體積重量大大大減小，運行行維護更容易易。 1 監(jiān)控系系統(tǒng)方案介紹紹 遠程監(jiān)控系系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)結(jié)構(gòu)設計直接接影響到系統(tǒng)統(tǒng)的性能，目目前監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)現(xiàn)大致有三種種方案。分別別介紹如下： （1）采用

4、用代理服務器器的方法 代理服務器器一般由PCC來充當，一一方面運行TTCP/IPP協(xié)議實現(xiàn)IInternnet接入功功能，另一方方面通過簡單單總線結(jié)構(gòu)（RRS232、RRS485等等）與嵌入式式系統(tǒng)相連接接。如圖1所所以。系統(tǒng)中中只需要有一一部分與代理理服務器通信信的代碼即可可。其優(yōu)點是是可以很方便便地解決設備備上網(wǎng)的問題題，開發(fā)難度度低；缺點是是接入成本比比較高，不利利于大規(guī)模推推廣。該方案案比較適合大大型或較昂貴貴工業(yè)設備的的上網(wǎng)需求，不不適合用于低低價格的設備備。 （2）通過過直接在嵌入入式處理器上上實現(xiàn)TCPP/IP協(xié)議議來實現(xiàn)Innterneet接入功能能這種方案沒沒有使用操作作系統(tǒng)

5、，大大大節(jié)省了資源源，但是對處處理器的性能能要求較高，同同時增加了開開發(fā)的難度，技技術(shù)實現(xiàn)上也也比較困難。如如圖2所示。 （3）采用用一個基于AARM Liinux 的的網(wǎng)絡監(jiān)控系系統(tǒng) 這種方案和和第二種方案案類似，但是是它只用嵌入入式ARM Linuxx 操作系統(tǒng)統(tǒng)，在操作系系統(tǒng)上運行TTCP/IPP 協(xié)議。目目前大多數(shù)嵌嵌入式操作系系統(tǒng)都帶有TTCP/IPP協(xié)議棧，這這降低了開發(fā)發(fā)的難度，實實現(xiàn)起來比較較靈活。由于于嵌入式操作作系統(tǒng)的運行行需要占用相相當?shù)奶幚砥髌髻Y源和存儲儲器空間，對對硬件配置也也有較高的要要求。采用第第三種方案，可可以節(jié)省開發(fā)發(fā)時間、縮短短開發(fā)周期。監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)一般般都還

6、要在控控制現(xiàn)場配置置一臺工控機機或高性能微微機做服務器器，用來存儲儲中間數(shù)據(jù)，處處理實時性要要求較高的事事件，響應監(jiān)監(jiān)控終端的監(jiān)監(jiān)控請求。 2 監(jiān)控系系統(tǒng)硬件設計計 采用基于AARM嵌入式式的網(wǎng)絡監(jiān)控控系統(tǒng)，它采采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)協(xié)議標準，系系統(tǒng)組網(wǎng)簡單單，傳輸數(shù)據(jù)據(jù)量大，速度度快，整個系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單單。尺寸微小小、價格低廉廉。遠程計算算機可做到無無需額外程序序，通過WEEB瀏覽器就就能對設備進進行檢測，而而且應用程序序易于開發(fā)、實實現(xiàn)信息的完完整共享。在在該系統(tǒng)中AARM負責程程序控制和網(wǎng)網(wǎng)絡通信，圖圖像和視頻采采集模塊負責責數(shù)據(jù)獲取和和處理。當數(shù)數(shù)據(jù)或命令數(shù)數(shù)據(jù)傳輸過來來后，ARMM系

7、統(tǒng)進行命命令處理后，將將命令數(shù)據(jù)傳傳輸或顯示在在LCD上，同同時系統(tǒng)負責責將處理的結(jié)結(jié)果經(jīng)過網(wǎng)絡絡接口上傳出出去。系統(tǒng)接接收到數(shù)據(jù)命命令后，經(jīng)過過算法處理后后，驅(qū)動D/A輸出或根根據(jù)A/D輸輸入進行數(shù)據(jù)據(jù)處理后，將將結(jié)果傳給AARM。系統(tǒng)統(tǒng)具有以下幾幾個基本功能能：數(shù)據(jù)采集集、數(shù)據(jù)分析析和處理、程程序控制、網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸。 2.1 AARM視頻監(jiān)監(jiān)控平臺 如圖3所示示為視頻監(jiān)控控應用系統(tǒng)的的開發(fā)平臺。AARM的系統(tǒng)統(tǒng)擴展槽和設設備擴展槽，用用于為ARMM系統(tǒng)添加如如以太網(wǎng)接口口、?？跀?shù)據(jù)據(jù)存儲接口和和PCMCIIA等接口，或或者用于其他他的功能開發(fā)發(fā)板，為ARRM系統(tǒng)擴展展了CMOSS圖像獲取功功

8、能和VGAA顯示功能。 其中，VGGA接口是通通過電阻網(wǎng)絡絡實現(xiàn)40996色彩色顯顯示。與SRRAM訪問相相關(guān)的寄存器器有：SDRRAM控制寄寄存器、讀地地址低16位位、讀地址高高16位、讀讀出數(shù)據(jù)寄存存器、寫地址址低16位、寫寫地址高166位、寫入數(shù)數(shù)據(jù)寄存器；與CMOSS圖像采集有有關(guān)的寄存器器有CMOSS采集控制寄寄存器、CMMOS采集狀狀態(tài)寄存器；與VGA顯顯示有關(guān)的寄寄存器是VGGA顯示控制制寄存器。它它具有以下特特點： （1）實時時性好，能滿滿足數(shù)據(jù)采集集和數(shù)據(jù)處理理的實時性要要求。 （2）性價價比高，在滿滿足要求的情情況下，系統(tǒng)統(tǒng)成本應盡量量低。 （3）可控控性好，能夠夠?qū)崿F(xiàn)遠距

9、離離控制和數(shù)據(jù)據(jù)傳輸。 2.2數(shù)據(jù)據(jù)采集模塊 視頻源信號號來自于一個個高集成度的的CMOS數(shù)數(shù)字圖像傳感感器模塊MBB86S200，它是富士士通的產(chǎn)品。MMB86S002不但集成成了CMOSS圖像傳感陣陣列、自動增增益信號放大大器、模數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，還包包括了色彩信信號處理和微微型鏡頭，包包含了圖像采采集的所有前前端處理，可可以直接輸出出數(shù)字信號。模模塊的系統(tǒng)框框圖如圖4。 MB86SS02是基于于CMOS工工藝，使用有有源像素的傳傳感器，與傳傳統(tǒng)的CCDD傳感器相比比有如下不同同點。 （1）成像像過程 ccd和ccmos使用用相同的光敏敏材料，因而而受光后產(chǎn)生生電子的基本本原理相同，但但是讀取過

10、程程不同：cccd是在同步步信號和時鐘鐘信號的配合合下以幀或行行的方式轉(zhuǎn)移移，整個電路路非常復雜，讀讀出速率慢；cmos 則以類似 dram的的方式讀出信信號，電路簡簡單，讀出速速率高。 （2）集成成度 采用特殊技技術(shù)的ccdd讀出電路比比較復雜，很很難將a/dd轉(zhuǎn)換、信號號處理、自動動增益控制、精精密放大和存存儲功能集成成到一塊芯片片上，一般需需要 388 個芯片組組合實現(xiàn)，同同時還需要一一個多通道非非標準供電電電壓。借助于于大規(guī)模集成成制造工藝，ccmos圖像像傳感器能非非常容易地把把上述功能集集成到單一芯芯片上，多數(shù)數(shù)cmos圖圖像傳感器同同時具有模擬擬和數(shù)字輸出出信號。 （3）電源源、

11、功耗和體體積 ccd需多多種電源供電電，功耗較大大，體積也比比較大。cmmos只需一一個單電源(3v5 v)供電，其其功耗相當于于ccd的11/10，高高度集成cmmos芯片可可以做的相當當小。 （44）性能指標標 ccd技術(shù)術(shù)已經(jīng)相當成成熟，而 ccmos正處處于蓬勃發(fā)展展時期，雖然然目前高端ccmos圖像像質(zhì)量暫時不不如ccd，但但有些指標（如如傳輸速率等等方面）已超超過ccd。由由于cmoss具有諸多優(yōu)優(yōu)點，國內(nèi)外外許多機構(gòu)已已經(jīng)應用cmmos圖像傳傳感器開發(fā)出出眾多產(chǎn)品。本本文主要介紹紹已商品化的的cmos圖圖像傳感器的的發(fā)展現(xiàn)狀以以及最新發(fā)展展動態(tài)，希望望對下游產(chǎn)品品的開發(fā)有所所幫助

12、 CMOSS技術(shù)的最大大優(yōu)點是每一一個像素單元元可以集成一一個或多個晶晶體管，這樣樣就具有了低低功耗和小型型化的優(yōu)點，非非常適用于手手持設備，可可以降低系統(tǒng)統(tǒng)功耗、體積積，提高電池池效率；它的的高度集成性性大大簡化了了圖像應用系系統(tǒng)的設計。 MB86SS02的主要要特性如下： l/7英英寸圖像傳感感器，有效像像素為3522288共111萬像素； 超低功耗330mW115fps； 輸出8位CCMOS電平平并行數(shù)字信信號，YCbbCr4222或YUV4422格式； 色彩信號處處理包括：自自動增益、自自動曝光、自自動白平衡、GGamma校校正等； 寄存器設置置通過標準II2C串行接接口； 支持CIF

13、F(352288)QQCIF(1176144)格格式； CCIR6656標準頭頭輸出； 抗閃爍功能能； 低功耗模式式； 掉電模式功功耗3w； 嵌入式處理理器通過與MMB86S002 CMOOS圖像模塊塊的連接，讀讀取圖像數(shù)據(jù)據(jù)后通過同步步SRAM接接口存儲在外外部高速SRRAM中，然然后還可以由由UART模模塊或RTLL8019模模塊把已經(jīng)存存儲的圖像數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到PPC，最后PPC上的接收收程序?qū)@示示接收的圖像像。通過調(diào)試試板上的按鍵鍵可以選擇采采集圖像、地地址復位、串串口發(fā)送、網(wǎng)網(wǎng)口發(fā)送這幾幾種功能。 3 監(jiān)控系系統(tǒng)軟件設計計 如圖5所示示是ARM主主程序流程圖圖。ARM處處理器獲取圖圖像

14、信息，執(zhí)執(zhí)行壓縮程序序，壓縮后的的文件通過公公共電話線路路傳遞到監(jiān)控控主機端。由由于系統(tǒng)采用用相同的圖像像分辨率和常常量表，所以以文件頭都相相同。為了減減少傳輸數(shù)據(jù)據(jù)量，不傳送送文件頭，文文件頭在監(jiān)控控主機端由軟軟件自動添加加。 本系統(tǒng)還使使用調(diào)制解調(diào)調(diào)器通過公共共電話網(wǎng)來簡簡歷遠程數(shù)據(jù)據(jù)連接，在遠遠程圖像監(jiān)控控終端處的調(diào)調(diào)制解調(diào)器處處于待命狀態(tài)態(tài)，它使用“ATS0=3&D0WW&W1”命令設置為為自動應答方方式，在3次次振鈴后自動動摘機，經(jīng)歷歷“數(shù)據(jù)風暴”以后與主叫叫方建立連接接。監(jiān)控中心心的調(diào)制解調(diào)調(diào)器由監(jiān)控軟軟件控制撥號號建立連接或或者掛斷連接接。 數(shù)據(jù)連接建建立好后ARRM會收到“CO

15、NNEECT”字符串，表表明通信線路路連接成功，此此時就可以像像使用普通串串口一樣使用用調(diào)制解調(diào)器器建立的遠程程數(shù)據(jù)連接。AARM接收到到從監(jiān)控中心心發(fā)來的采集集命令后，依依次完成圖像像采集、壓縮縮處理，然后后通過串口以以ASCIII碼形式直接接發(fā)送圖像數(shù)數(shù)據(jù)到監(jiān)控中中心，完成一一次操作后等等待下一個采采集命令。 在應用中需需要從MODDEM接收圖圖像數(shù)據(jù)，并并將它加上文文件頭以標準準JPEG圖圖像或MPEEG視頻格式式存儲于本地地硬盤上。在在對話框相應應位置還要顯顯示出剛接收收的圖像，這這就需要相應應的解碼程序序，可以不需需要自己編寫寫，Winddows操作作系統(tǒng)包含對對JPEG或或MPEG

16、格格式的支持。MMsCOMMM控件是Miicrosooft 通信信控制器6.0，它包含含在VC 66.0中。通通過MsCOOMM控件可可以方便地訪訪問PC的串串行通信口。對對MODEMM的訪問是通通過串口實現(xiàn)現(xiàn)的，外置的的MODEMM通過真正的的PC串口連連接，內(nèi)置的的MODEMM則通過一個個虛擬串口來來進行控制。 4 結(jié)束語語 視頻監(jiān)控技技術(shù)在政治、經(jīng)經(jīng)濟、軍事、文文化設施的安安全防范中有有著舉足輕重重的作用，隨隨著多媒體和和計算機網(wǎng)絡絡技術(shù)的發(fā)展展，視頻監(jiān)控控系統(tǒng)經(jīng)歷了了模擬監(jiān)控和和數(shù)字監(jiān)控的的發(fā)展階段，目目前已到了網(wǎng)網(wǎng)絡數(shù)字視頻頻監(jiān)控階段?；贏RM處處理器的低成成本數(shù)字化遠遠程圖像監(jiān)控控系統(tǒng)，是一一個高可靠性性、高效率的的用于嵌入式式系統(tǒng)開發(fā)的的軟件、硬件件工作平臺，它它使用集成數(shù)數(shù)字化視頻采采集模塊，直直接獲得數(shù)字字化影像信號號；圖像壓縮縮不使用專用用的壓縮芯片片，而是在高高速處理器內(nèi)內(nèi)部由壓縮軟軟件實現(xiàn)；最最后打包經(jīng)由由公共電話網(wǎng)網(wǎng)發(fā)送。 本文著重重從ARM嵌嵌入式圖像視視頻監(jiān)控應用用開發(fā)和流程程給出了解決決方案，建立立了低開發(fā)成成本與方便易易使用的嵌入入式圖像視頻頻系統(tǒng)。使用用ARM嵌入入式處理器和和Linuxx操作系統(tǒng)，開開發(fā)出可實際際應用的遠程程視頻監(jiān)控系系統(tǒng)，