基于arm的數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)計

1、<p>　　基于ARM的數(shù)字視頻監(jiān)控的設(shè)計</p><p><b>　　XXXXX</b></p><p>　?。ㄩL春大學電子信息工程學院，吉林省長春市，130022）</p><p>　　摘 要：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的綜合系統(tǒng)。現(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

2、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)上的多路復用傳輸。使用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)遠程視頻監(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。</p><p>　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采用基于PC平臺＋視頻采集卡的形式，該方案系統(tǒng)體積大、成本高，在遠距離、多點系統(tǒng)中實現(xiàn)困難。本設(shè)計采用Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核（CPU芯片含有

3、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；高級精簡處理器；嵌入式；Linux操作系統(tǒng)</p><p>　　Based on ARM digital video monitoring design</p><p><

4、;b>　　XXXXXX</b></p><p>　　(Changchun University electronic information Engineering college, Jilin Province Changchun, 130022)</p><p>　　Abstract：Video surveillance security system is an i

5、ntegral part of the system,it is a comprehensive prevention system capability. The current monitoring system has entered the digital and network era,that is,video from front-end image acquisition device when the output i

6、s digital signal, and to network transmission medium, based on the TCP/IP protocol，using streaming media technology to achieve multi-line video multiplexing transmission path.Embedded systems using remote video surveilla

7、nce techn</p><p>　　Keywords：video monitor and control；ARM；embedded；LinuxOS</p><p><b>　　1 ARM簡介</b></p><p>　　ARM是Advanced RISC Machines（高級精簡指令系統(tǒng)處理器）的縮寫，是ARM公司提供的一種微處理器知識產(chǎn)

8、權(quán)（IP）核。設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的32位RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等它的典型開發(fā)版是S3C2410。</p><p>　　ARM內(nèi)核的數(shù)個系列（ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、Xscale、StrongARM），各自滿足不同應用領(lǐng)域的需求，無孔不入的滲入嵌入

9、式系統(tǒng)各個角落的應用。這是一個ARM的時代！本次我選擇基于ARM9核的ARM處理器。ARM9處理器采用5級流水線，指令執(zhí)行效率較ARM7高，而且?guī)в蠱MU功能，這是與ARM7的重要區(qū)別。同時，該系列的處理器支持指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。因而具有更高的數(shù)據(jù)處理能力主要應用在MP3播放器，手持終端，數(shù)字照相機等。</p><p>　　ARM的應用已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類

10、產(chǎn)品市場?；贏RM 技術(shù)的微處理器應用約占據(jù)了32位RISC 微處理器75％以上的市場份額。揭開你的手機、MP3、 PDA，里面多半藏著一個基于ARM的微處理器！這也是我仍然選擇基于ARM微處理器設(shè)計MP3播放器的緣故，它將給我節(jié)約很大的成本而且很滿足顧客的要求</p><p>　　2 數(shù)字視頻監(jiān)控原理</p><p><b>　　2.1設(shè)計思路分析</b><

11、/p><p>　　遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計直接影響到系統(tǒng)的性能，目前監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)大致有三種方案。第一種是采用代理服務器的方法，如圖3.1所示。</p><p>　　圖2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的代理服務器方案</p><p>　　代理服務器一般由PC機來充當，一方面運行TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)internet介入功能，另一方面通過簡單的總線結(jié)構(gòu)（RS-232R、RS-48

12、5等）與嵌入式系統(tǒng)相連接。嵌入式系統(tǒng)中只需要有一部分與代理服務器通訊的代碼即可。其優(yōu)點是可以方便的解決設(shè)備上網(wǎng)問題，開發(fā)難度低，缺點是接入成本比較高，不利于大規(guī)模的推廣，該設(shè)備比較適合較大的型或較昂貴工業(yè)設(shè)備的上網(wǎng)要求，不適合用于低價設(shè)備。</p><p>　　第二種方法是通過直接在嵌入式處理器上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)internrt的接入功能，如圖3.2所示，這種方案沒有使用操作系統(tǒng)，大大節(jié)省了資源，但對處

13、理器的要求也較高，技術(shù)實現(xiàn)上也比較困難。</p><p>　　圖2.2 直接在潛入式上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議方案</p><p>　　本實例采用的第三種方案與第二種方案相似，但是它使用的是嵌入式ARM Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上運行TCP/IP協(xié)議。目前大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)都帶有TCP/IP協(xié)議棧，這降低了開發(fā)難度，實現(xiàn)起來比較靈活，由于嵌入式操作系統(tǒng)的運行需要占用相當?shù)奶幚砥髻Y源和存

14、儲空間，對硬件的配置也有較高的要求。</p><p>　　采用第三種方案，可以節(jié)省開發(fā)時，縮短開發(fā)周期。監(jiān)控系統(tǒng)一般還要在監(jiān)控現(xiàn)場配置一臺工控機或高性能微型機作為服務器，用來存儲中間數(shù)據(jù)，處理實時性要求較高的事件，響應監(jiān)控終端的監(jiān)控請求。一個基于ARM Linux的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。</p><p>　　圖2.3基于ARM Linux的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>

15、<p>　　基于ARM的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，它采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準，系統(tǒng) 組網(wǎng)簡單，傳輸數(shù)據(jù)量大，速度快，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸微小，價格低。遠程計算機可以做到無需任何額外程序，通過web瀏覽器就能對設(shè)備進行監(jiān)測，而且應用程序易于開發(fā)、實現(xiàn)信息的完整共享。</p><p>　　因此，開發(fā)一種基于ARM的實時網(wǎng)絡(luò)嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，為各種智能化、小型化底層的監(jiān)控系統(tǒng)提供可重用、高性能、圖形化、網(wǎng)絡(luò)

16、化軟硬件基礎(chǔ)平臺和高效的開發(fā)模式，結(jié)合實際情況和所需功能，系統(tǒng)具有的基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集和處理、程序控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸。基于ARM Linux的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點：</p><p>　　1.實時性好，能滿足采集和數(shù)據(jù)處理的實時性的要求</p><p>　　2.性價比高，在滿足要求的情況下，系統(tǒng)成本盡量的低。</p><p>　　3.可控性好，能實現(xiàn)遠距離

17、的控制數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　4.系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能</p><p>　　重要設(shè)施數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端設(shè)備和監(jiān)控中心設(shè)備。</p><p>　　前端設(shè)備主要完成視頻信息采集、探測器報警信號產(chǎn)生、云臺與防護罩的控制功能，主要設(shè)備包括攝像機、電動變焦鏡頭、三鑒探測器、周界紅外對射、煙霧探測器、紅外燈、云臺、防護罩、解碼器、警燈、警笛、防盜照明燈、門禁設(shè)

18、備等，現(xiàn)分別敘述如下：</p><p>　　攝像機和鏡頭：完成現(xiàn)場動態(tài)視頻信息的采集，針對監(jiān)控點的需要，可分別采用固定鏡頭和電動變焦鏡頭。</p><p>　　解碼器：中心計算機可以通過串行口控制解碼器。實現(xiàn)遠程對云臺各個方位的控制，以及拍攝現(xiàn)場的場景拉近、推遠等。紅外燈：通過紅外燈發(fā)出的不可見紅外線，可以在完全沒有照度的環(huán)境下正常拍攝。周界紅外對射：負責周邊的監(jiān)控，一旦發(fā)生非法翻越周

19、邊圍墻或柵欄，因紅外線被切斷，探測器產(chǎn)生報警信號。</p><p>　　煙霧探測器：內(nèi)置的紅外收發(fā)裝置，在布防區(qū)域的空氣煙霧濃度達到一定程度時自動發(fā)出火災報警信號。</p><p>　　三鑒探測器：可以偵測覆蓋范圍內(nèi)的移動物體，當有移動物體通過布防區(qū)域時，探測器發(fā)生報警信號。</p><p>　　監(jiān)控中心是系統(tǒng)核心部分，主要完成模擬視頻信號的采集、視頻壓縮、監(jiān)控

20、管理數(shù)據(jù)的記錄和處理、監(jiān)控數(shù)據(jù)的回放和檢索、報警輸出、設(shè)備檢測及管理。強大的硬盤管理功能：應用軟件系統(tǒng)支持多個硬盤管理，尤其支持抽拉式硬盤管理，自動管理硬盤存儲、自動循環(huán)錄制，可以靈活設(shè)置硬盤的存儲空間、錄滿報警等功能，支持錄像備份功能。</p><p>　　完善的錄像功能：應用軟件系統(tǒng)允許為每一路視頻自由設(shè)置錄像方式，可以將每天分為24個時間段，每個小時分別設(shè)置為正常錄像、傳感器報警錄像、視頻報警錄像、只監(jiān)控

21、不錄像等任意一個狀態(tài)，用戶可以根據(jù)特定的需要自由設(shè)定錄像方式，從而有效地利用硬盤空間，并且實現(xiàn)全天自動監(jiān)視及錄像，無需人工干預，達到無人值守的目的。</p><p>　　多路視頻移動檢測：可以對多路視頻錄像進行區(qū)域、錄像預制設(shè)置，設(shè)置好的時間段區(qū)域內(nèi)如多路視頻移動。例如，設(shè)定的區(qū)域內(nèi)有人刻意用手堵住攝像頭或視頻線路短路，系統(tǒng)對應的視頻將立即錄像，同時可以聯(lián)動相關(guān)設(shè)備如燈光、警笛、蜂鳴器等出報警信號，及時輸出監(jiān)控

22、警情，并迅速通知有關(guān)人員處理警情。</p><p>　　顯示/回放/圖像處理：用戶可按實際需要每路的錄像選擇分辨率和壓縮比，8路系統(tǒng)最多可以接到16路視頻輸入、8路報警輸入和8路報警輸出，每路25幀/s實時錄像。在現(xiàn)場監(jiān)視的情況下，可以用全屏幕或多畫面顯示。在圖像回放時，以實時或逐幀分解格式顯示，用戶可以選擇單幅對特定圖像進行處理，如放大/縮小、柔和．增強、銳化/提取、浮雕/擴散等，然后存儲或打印。</p&

23、gt;<p>　　云臺/鏡頭控制功能：具有本地及遙控控制全方位云臺/鏡頭功能，方便用戶對系統(tǒng)各個部分進行遙控操作。</p><p>　　2.2 數(shù)字視頻監(jiān)控原則</p><p>　　數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)采用了當今世界最先進的全數(shù)字化的計算機壓縮技術(shù)，具有傳統(tǒng)的“模擬”方式的監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的許多優(yōu)點?？梢酝耆詣拥貙ΡO(jiān)控對象進行永不間斷的全程監(jiān)控，并可以非常方便地查詢?nèi)我粫r間，任意地

24、點的現(xiàn)場圖像，為徹底解決安全問題提供了有力的措施，取代了傳統(tǒng)的“模擬”方式的監(jiān)控系統(tǒng)，這一“革命”性的監(jiān)控系統(tǒng)，還能在相當長的一段時間保持領(lǐng)先地位，提高了用戶的投資效益。</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的好壞以及使用的可靠性直接影響用戶的切身利益、關(guān)系到人力和物力資源的安排與配置的合理性，甚至會產(chǎn)生巨大的社會影響，本公司本著“用戶第一，服務至上；提高用戶的管理水平”的原則，精心地設(shè)計了本系統(tǒng)：</p>

25、;<p>　　1.充分考慮了用戶的各種具體要求和當?shù)氐木唧w情況。</p><p>　　2.采用了當今世界最為先進的計算機全數(shù)字化壓縮監(jiān)控系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，能夠堵塞安全漏洞，為突發(fā)事件提供證據(jù)，很好地保護投資者利益。</p><p>　　3.系統(tǒng)具有高度的可靠性和工作的連續(xù)性，極大程度地減少了用戶的維護工作量。</p><p>　　

26、4.采用高科技手段，進行智能化設(shè)計，盡量減少系統(tǒng)操作的復雜性；并做到系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，使用和維護簡單方便；系統(tǒng)可擴展性、伸縮性很強。 </p><p>　　5.設(shè)計時充分考慮了日?？赡馨l(fā)生的各種突發(fā)事件，靈活性強。</p><p>　　6.前端配置和安裝均考慮安全性、隱蔽性及美觀性。</p><p>　　3 數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)計</p><p>

27、　　3.1數(shù)字視頻監(jiān)控中心設(shè)計</p><p>　　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：S3C2410），主要面向高性價比、低功耗的應用。為了處理圖像數(shù)據(jù)，CPU的工作頻率可達400MHz。S3C2410的資源包括LCD控制器，SDRAM控制器

28、，攝像頭接口，3路串行接口，IIC BUS接口，USB接口，觸摸屏接口。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，還進行了相關(guān)的擴展，配置了32M Flash ROM和256MB SDRAM。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)送到遠端監(jiān)控中心顯示，系統(tǒng)框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖3..1數(shù)字視頻監(jiān)控硬件框圖&l

29、t;/p><p>　　3.1.1 圖像采集模塊的設(shè)計</p><p>　　1.監(jiān)控終端圖像采集</p><p>　　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。視頻源信號來自于一個高度集成的COMS數(shù)字圖像傳感器模塊MB86S02,它是富士通的產(chǎn)品。它不但集成了COMS圖像傳感器整列、自動增益信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、還包括了色彩信號處理

30、和微型鏡頭，包含了圖像采集的所有前端處理，可以直接輸出數(shù)字信號。</p><p>　　MB86S02基于COMS工藝，使用源像素傳感器，與傳統(tǒng)的CCD傳感器有很大的同點。</p><p><b>　?。?）成像過程</b></p><p>　　ccd和cmos使用相同的光敏材料，因而受光后產(chǎn)生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：ccd是在同步

31、信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉(zhuǎn)移，整個電路非常復雜，讀出速率慢；cmos則以類似 dram的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率</p><p><b>　?。?）集成度</b></p><p>　　采用特殊技術(shù)的ccd讀出電路比較復雜，很難將a/d轉(zhuǎn)換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個芯片組合實現(xiàn)，同時還需要一個多

32、通道非標準供電電壓。借助于大規(guī)模集成制造工藝，cmos圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數(shù)cmos圖像傳感器同時具有模擬和數(shù)字輸出信號。</p><p>　?。?）電源，功耗和體積</p><p>　　ccd需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。cmos只需一個單電源(3v-5 v)供電，其功耗相當于ccd的1/10，高度集成cmos芯片可以做的相當小。</p&g

33、t;<p><b>　?。?）性能指標</b></p><p>　　ccd技術(shù)已經(jīng)相當成熟，而 cmos正處于蓬勃發(fā)展時期，雖然目前高端cmos圖像質(zhì)量暫時不如ccd，但有些指標（如傳輸速率等方面）已超過ccd。由于cmos具有諸多優(yōu)點，國內(nèi)外許多機構(gòu)已經(jīng)應用cmos圖像傳感器開發(fā)出眾多產(chǎn)品。本文主要介紹已商品化的cmos圖像傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀以及最新發(fā)展動態(tài)，希望對下游產(chǎn)品的開

34、發(fā)有所幫助</p><p>　　COMS最大的優(yōu)點是每一個像素單元可以集成一個或多個晶體管，這樣就具有了低功耗和小型化的特點，非常適用于手持設(shè)備的應用，可以降低系統(tǒng)功耗、體積，提高電池效率，它的高度繼承性大大簡化了圖像應用系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　MB86S02的特點如下：</p><p>　　·1/7英寸圖像傳感器，有效像素為352x288共11

35、萬像素；</p><p>　　·超低功耗30mW@15fps;</p><p>　　·輸出8位CMOS電平并行數(shù)字信號，YCbCr422或YUV422格式；</p><p>　　·色彩信號處理包括：自動增益、自動曝光、自動白平衡、Gamma校正等；</p><p>　　·寄存器設(shè)置通過標準I2C串行接口

36、；</p><p>　　·支持CIF(352×288)、QCIF (176x144)格式；</p><p>　　·CCIR656標準頭輸出；</p><p><b>　　·抗閃爍功能；</b></p><p><b>　　·低功耗模式； </b>&l

37、t;/p><p>　　·掉電模式功耗為3μw。</p><p>　　由于MB86S02采集的數(shù)字信號格式為YCbCr或YUV，而VGA顯示器需要的是RGB分量信號，所以如果想把MB86S02采集的圖像直接顯示在VGA顯示器上，還需要進行YCbCr或YUV到RGB的顏色空間轉(zhuǎn)換。</p><p>　　YCbCr和YUV是基于亮度與色差的顏色空間，RGB則是基于紅

38、綠藍三基色的顏色空間。它們之間轉(zhuǎn)換的理論公式為：</p><p>　　R=Y+1.317V </p><p>　　G=Y-0.689×U-0.336×V </p><p>　　B=Y+1.732×U </p><p>　　實現(xiàn)8位字長的YUV到RGB轉(zhuǎn)換，為了實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換和寬度

39、擴展，簡化了理論公式為：</p><p>　　R’=Y+V-128</p><p>　　B’=Y+U-128</p><p>　　G’=Y-0.194×U-0.5×V+90</p><p>　　其中，0.194倍的U分量用查表的方法得到，0.5倍V則直接用右移一位實現(xiàn)。經(jīng)過這樣的簡化后，整個轉(zhuǎn)換可以在兩個時鐘內(nèi)完成，經(jīng)過測

40、試轉(zhuǎn)換效果比較理想。視頻服務器的工作主要是編碼和解碼。圖像視頻壓縮的標準有H.120、Ｈ.261、Ｈ.263、JPEG、MPEG-1、MPEG-2等。以上標準均偏重于某幾個應用領(lǐng)域，交互性較差，不能提供對各種網(wǎng)絡(luò)的一致性訪問，容錯性、靈活性和可擴展性比較差。1998年11月MPEG-4成為國際標準。與MPEG-1和MPEG-2相比，它對于傳輸速率要求較低，在4800～64000bits/sec之間。MPEG-4利用很窄的帶寬，通過幀重建

41、技術(shù)來壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求利用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。</p><p><b>　　2.視頻壓縮</b></p><p>　　MPEG-4引入了基于對象表達的概念，用來表達視聽對象AVO(audio/visual objects)；它具有高效編碼、高效存儲與傳播及可交互性的特性。MPEG-4允許已有的AVO生成復合的AVO,由此生成AV場景，并采用SNHC的方法

42、來組織這些AVO。對于AVO的的數(shù)據(jù)還能靈活地多路合成與同步，以便選擇合適的網(wǎng)絡(luò)來傳輸這些AVO數(shù)據(jù)，并允許接受端的用戶在AV場景中對AVO進行交互操作。圖4.3所示，簡單描述了MPEG-4視頻編碼原理。通過對輸入視頻序列的分析，確認n個視覺目的的對象為編碼對象，將其認定為n個VO（n＝1，2…），對每一個VO編碼后形成的這個VO的VOP數(shù)據(jù)流。VOP的編碼包括對運動（采用運動預測方法）及形狀、紋理（采用變換編碼方法）的編碼。由于VOP

43、具有任意形狀，因此要求編碼方案可以處理形狀和透明信息。除去VO的圖像的其余部分背景，仍采用傳統(tǒng)的矩形DCT變形編碼。最后VO場景描述信息的編碼、VOP流、背景一起送入MPEG-4幀復合器，形成MPEG-4流輸出。MPEG－4技術(shù)應用在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中具有節(jié)約存儲空間、占用網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬少、錯誤恢復能力強、圖像質(zhì)量高等特點，所</p><p>　　視頻服務器另一個很重要的功能就是節(jié)目播出，這需要在解碼通道設(shè)計中提供兩種

44、基本功能：多個文件的連續(xù)無縫解碼輸出和任意并準確地定位解碼文件的入點和出點。只有實現(xiàn)了這兩個功能才能達到視頻服務器的播出功能。</p><p>　　3.監(jiān)控終端數(shù)據(jù)通訊</p><p>　　在工業(yè)控制場合中，常會要求通過PC向嵌入式微機傳輸圖片文件、數(shù)據(jù)文件等。RS485由于價格便宜、操作簡單、使用者可以隨意編寫應用協(xié)議等優(yōu)點，被廣泛應用在中等長距離的控制通訊中。因此，利用RS485實現(xiàn)P

45、C到嵌入式系統(tǒng)的文件傳輸，十分具有現(xiàn)實意義[6]。</p><p>　　本文以基于ARM9的三星S3C2410A為嵌入式微處理器，嵌入式Linux為嵌入式操作系統(tǒng)搭建一個嵌入式系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了監(jiān)控終端通過RS485向嵌入式系統(tǒng)傳輸文件。</p><p>　　RS485是一種多點、雙向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-485-A標準。</p><p>　　RS4

46、85由RS232發(fā)展而來，它改進了RS232通信距離短、速率低的缺點。RS485是一種平衡通信接口，傳輸速率最高可達10Mbit/s，最大傳輸距離約為1219m，并允許在一條平衡總線上連接最多32個設(shè)備。RS485的共模輸出電壓是-7V-12V[5]。 </p><p>　　RS485串行接口可以用最少的信號線完成通信任務，能夠支持較高的數(shù)據(jù)傳輸率和較遠的傳輸距離，同時可以方便進行多點互連，是工業(yè)控制中經(jīng)常使用的

47、電氣接口。</p><p>　　可以通過對EP93XX系列微處理器的UART接口進行信號轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)中實現(xiàn)RS485接口，信號轉(zhuǎn)換可由MAX485完成。</p><p>　　MAX485是用于支持RS485/RS422通信的低功耗收發(fā)器，內(nèi)含一個獨立的驅(qū)動器和接收器，支持半雙工收發(fā)。</p><p>　　MAX485的RE/DE由EP9315的EGPIO3控制。由于

48、MAX485以半雙工的方式工作，因此由EGPIO3控制其發(fā)送與接收，當EGPIO3為高電平時，驅(qū)動器使能而接收器高阻態(tài)，此時可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而當EGPIO3為低電平時，接收器使能而驅(qū)動器為高阻態(tài)，此時可以接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　RS485采用差分式傳輸信號，對同時出現(xiàn)的兩條信號線A和B的干擾有較強的抑制能力。當兩條線絞在一起時，對通信各種分布參數(shù)耦合過來的干擾信號可平均地分配到這兩條線上，因此對RS485的

49、差分式傳輸線路而言，用雙絞線可獲得較強的抗干擾能力。</p><p>　　3.1.2 以太網(wǎng)接口的設(shè)計</p><p>　　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)運行中實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ埽栽谙到y(tǒng)中擴展網(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。</p>

50、<p>　　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。</p><p>　　3.

51、1.3 ARM視頻監(jiān)控平臺</p><p>　　如圖4.6所示是視頻監(jiān)控應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，ARM的系統(tǒng)擴展槽和設(shè)備擴展槽，用于為ARM系統(tǒng)添加如以太網(wǎng)接口、海量數(shù)據(jù)存儲接口和PCMCIA等接口，或者用于其他功能的開發(fā)板，為RAM系統(tǒng)擴展了CMOS圖像獲取功能和VGA顯示功能。ARM視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)平臺其中，VGA接口是通過電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)4096色彩色現(xiàn)實。與SRAM控制寄存器、讀地址低16位。讀出數(shù)據(jù)寄存器、寫地

52、址低16位、寫入數(shù)據(jù)寄存器；與CMOS圖像采集系統(tǒng)有關(guān)的寄存器有CMOS采集控制寄存器、CMOS采集狀態(tài)寄存器；與VGA現(xiàn)實有關(guān)的寄存器是VGA現(xiàn)實控制寄存器。</p><p>　　3.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　如圖4.7所示是ARM主程序流程圖。ARM處理器獲取圖像信息，執(zhí)行壓縮程序，壓縮后的文件通過公共電話線路傳遞到監(jiān)控主機端。由于系統(tǒng)采用相同的圖像分辨率和常量表，所

53、以文件頭都相同。為了減少傳輸數(shù)據(jù)量，不傳送文件頭，文件頭在監(jiān)控主機端由軟件自動添加。</p><p>　　圖3.2 ARM主程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)還使用調(diào)制解調(diào)器通過公共電話網(wǎng)來簡歷遠程數(shù)據(jù)連接，在遠程圖像監(jiān)控終端處的調(diào)制解調(diào)器處于待命狀態(tài)，它使用“ATS0=3&D0W&W1”命令設(shè)置為自動應答方式，在3次振鈴后自動摘機，經(jīng)歷“數(shù)據(jù)風暴”以后與主叫方建立連接

54、。監(jiān)控中心的調(diào)制解調(diào)器由監(jiān)控軟件控制撥號建立連接或者掛斷連接。</p><p>　　數(shù)據(jù)連接建立好后ARM會收到“CONNECT”字符串，表明通信線路連接成功，此時就可以像使用普通串口一樣使用調(diào)制解調(diào)器建立的遠程數(shù)據(jù)連接。ARM接收到從監(jiān)控中心發(fā)來的采集命令后，依次完成圖像采集、壓縮處理，然后通過串口以ASCII碼形式直接發(fā)送圖像數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心，完成一次操作后等待下一個采集命令。</p><p

55、><b>　　3.3程序分析</b></p><p><b>　　1、主程序的設(shè)計</b></p><p><b>　　功能說明：</b></p><p>　　系統(tǒng)的總?cè)肟谝彩窍到y(tǒng)的主要控制函數(shù)。分別完成以下功能</p><p><b>　　建立環(huán)境設(shè)置<

56、/b></p><p><b>　　設(shè)置信號處理方式</b></p><p>　　建立幀聽TCP流方式SOCKET并綁定80端口</p><p>　　建立連接幀聽及客戶連接處理調(diào)用主函數(shù)</p><p><b>　　2、算法流程圖</b></p><p>　　算法流程圖

57、如圖4.14所示。</p><p><b>　　圖3.3算法流程圖</b></p><p>　　3.3.1 操作系統(tǒng)</p><p>　　該部分主要負責CPU的調(diào)度、定時器的操作、線程的管理和進程間通信等問題。</p><p>　　由于VOD業(yè)務實時性的特點，視頻服務器每接收到一個客戶的請求，都會開辟一個新的線程，這個線

58、程負責用戶的各種操作，包括：播放、控制云臺轉(zhuǎn)向、各種計劃任務的制定等操作。這個線程是由兩個線程組成的生產(chǎn)者—消費者模型。其中生產(chǎn)者從磁盤中讀取媒體數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)存中。消費者負責從內(nèi)存中讀取這些數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到點播用戶。</p><p>　　為實現(xiàn)快進、快退功能，有兩種可供選擇的方法。其一是，當用戶發(fā)出快進指令后，視頻服務器以高于正常播放兩到三倍的速率讀取數(shù)據(jù)，并發(fā)往用戶。同時，用戶的回放速率也提高到對

59、應的水平。這與錄像機中的快進操作過程很相似，優(yōu)點是服務器只需存儲一份正常速率的視頻文件，從而節(jié)省了存儲空間。缺點是視頻服務器和用戶終端的工作負載會成倍增加，傳輸網(wǎng)絡(luò)也會因流量的增大而易于出現(xiàn)擁塞。這一方法還有一個缺點，就是很難實現(xiàn)快退操作。另一種方法是分別存儲正常、快進、快退三個文件。首先從正常速率的文件中，抽取部分I幀圖像，以順序的方式形成快進文件，以逆序的方式形成快退文件。三種播放文件之間存在確定的對應關(guān)系，當從一種播放狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另

60、一種播放狀態(tài)時，生產(chǎn)者線程便從對應的文件位置開始讀取數(shù)據(jù)，以保持用戶視覺上的連續(xù)。這種方法的不足之處就是需要較大的存儲空間，但因具有易操作的優(yōu)點,所以我們采用這種方法。</p><p>　　為了響應用戶在正常播放中的交互操作，還須解決進程間的通信問題。我們采用利用信號量的方法，即在生產(chǎn)者、消費者兩個工作進程之外，創(chuàng)立第三個控制進程，通過信號量獲取從監(jiān)聽進程發(fā)來的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換命令，去調(diào)整兩個工作線程的工作方式。&l

61、t;/p><p><b>　　3.3.2通信系統(tǒng)</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)需要解決在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)環(huán)境下的視頻編碼數(shù)據(jù)包的可靠性傳輸、數(shù)據(jù)包定序、低延遲傳輸、音視頻同步、低碼率傳輸、實時解碼軟件技術(shù)等問題，同時，在多用戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，還需要考慮應用組播協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝?。系統(tǒng)由9個模塊組成，視頻采集和壓縮處理由視頻采集卡硬件完成，采集卡通過附帶的S

62、DK函數(shù)接口與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通信，當視頻采集卡完成視頻捕捉和壓縮處理后，RTP協(xié)議封裝模塊對數(shù)據(jù)塊進行封裝和排序，然后交給UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸。接收端和發(fā)送端基本類似，負責把網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的視頻資料包重組和解碼回放出來。從原理圖中可以看出，當采集卡捕獲來的資料包通過RTP協(xié)議封裝在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時，接收端在譯碼的過程中同時會對傳過來的RTP包進行RTCP分析，分析所有的接收包，統(tǒng)計包丟失、時延抖動、網(wǎng)絡(luò)負載等狀況，如果網(wǎng)絡(luò)繁忙和堵

63、塞，包丟失嚴重，譯碼端會馬上給編碼發(fā)送端一個反饋，發(fā)送端接收到這個信息會做相應的處理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的自適應，這就是利用RTCP協(xié)議由接收方向發(fā)送方反饋信息的功能來進行傳輸?shù)目刂疲员ＷC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆召|(zhì)量。 </p><p>　　該子系統(tǒng)主要解決兩方面的問題，一是服務器對用戶點播的接納，另一個是視頻數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送。我們采用的是服務器推動(server push)模型。讓服務器以一定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)到客戶，客戶接收

64、到數(shù)據(jù)后進行解碼和回放。一旦視頻對話開始,視頻服務器就連續(xù)傳送數(shù)據(jù)。在視頻服務中，服務器推動的傳輸模式與客戶拉動模式相比，能夠支持更多的并發(fā)用戶且傳輸效率更高。</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻信號非常消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬，為了滿足服務器的控制功能，必須設(shè)計一個自己的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，為控制通信留出帶寬，以保證控制命令的完成時間可以預測。目前因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸主要采用TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議能提供有序、可靠的服務，

65、但是一旦數(shù)據(jù)丟失會帶來嚴重的延遲，無法保證實時性；UDP是小的、節(jié)約資源的傳輸層協(xié)議，其操作執(zhí)行比TCP快得多。它適合于不斷出現(xiàn)的、和時間相關(guān)的應用。</p><p>　　由于UDP的不可靠性，基于UDP的應用程序在不可靠子網(wǎng)使用時必須自己解決可靠性，諸如報文丟失、重復、失序和流量控制等問題。在實現(xiàn)連續(xù)媒體數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送方和接受方應該能處理圖像傳輸中發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失、延遲等一些問題。因此，在UDP協(xié)議之上，采用R

66、TP（實時傳輸協(xié)議）和RTCP（實時傳輸控制協(xié)議）來完成視頻數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　由于音、視頻數(shù)據(jù)對實時性要求比較高，而控制數(shù)據(jù)則對可靠性要求較高，因此，本系統(tǒng)采用兩種通信協(xié)議；TCP/IP協(xié)議傳輸通信控制數(shù)據(jù)，UDP/IP協(xié)議傳輸視頻數(shù)。</p><p>　　3.3.3 視頻服務器的特征</p><p>　　本視頻服務器具有以下的一些特征。采用嵌入式實

67、時操作系統(tǒng)和專用的硬件結(jié)構(gòu)，無論是軟件還是硬件都保證了嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務器比基于PC機的系統(tǒng)具有更高的實時性、穩(wěn)定性和可靠性。可以方便的聯(lián)動其他安全防范設(shè)備，如濕度、溫度、煙感等報警器。本視頻服務器使用MPEG-4視頻壓縮技術(shù)，與MJPEG和H.263等壓縮方式比，具有壓縮比高、碼流小、圖像質(zhì)量好等優(yōu)點，特別適合于Internet環(huán)境下的實時監(jiān)控，并且可以節(jié)省存儲空間。</p><p><b>　　4

68、結(jié)束語</b></p><p>　　本文著重從ARM嵌入式圖像視頻監(jiān)控應用開發(fā)和流程給出了解決方案，建立了低開發(fā)成本與方便易使用的嵌入式圖像視頻系統(tǒng)。使用ARM嵌入式處理器和Linux操作系統(tǒng)，開發(fā)出可實際應用的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，適用于低分辨率、低成本、長距離的監(jiān)控應用。它的特點和優(yōu)點主要有：</p><p>　?。?）構(gòu)建了ARM嵌入式處理器開發(fā)平臺，提出了嵌入式系統(tǒng)的低成本

69、開發(fā)流程。 </p><p>　?。?）前端使用便宜的一體化高集成度數(shù)字化視頻采集 模塊，簡化了系統(tǒng)前端的設(shè)計，大大降低了前端成本。 </p><p>　?。?）編寫簡單的嵌入式操作系統(tǒng)程序，動態(tài)加載應用程序，加快其執(zhí)行速度。 </p><p>　　（4）信號處理使用由高速、高性能的ARM處理器構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)圖像壓縮。 </p>&l

70、t;p>　　雖然時間很緊，學的知識不多，但還是對在大學期間的一個完整的學習總結(jié)，在寫的過程中也是受益匪淺。在本次論文中我了解了什么是嵌入式，怎樣在Linux平臺上編寫基本的嵌入式程序，還學習了基本的Linux頻監(jiān)控設(shè)計的框架。還知道了寫論文的基本格式。由于時間問題該論文還有許多需要進一步討論和修改的改進的地方。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

71、;p>　　[1]王田苗.《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)》[M].清華大學出版社,2002[6]:50～60</p><p>　　[2] 甘泉，楊健，陳永泰．ARM 處理器啟動代碼的分析與設(shè)計[J]．電子產(chǎn)品世界，2004，(1O)：118～120</p><p>　　[3] 耿相銘，胡劍凌．基于DSP的CompactFlash卡接口設(shè)計[J]．電子技術(shù)應用，2001，(9)：68～70&

72、lt;/p><p>　　[4] 趙炯．Linux內(nèi)核完全注釋[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004:55～60.</p><p>　　[5] 耿德根．AVR高速嵌入式單片機原理與應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2001:88～103</p><p>　　[6] 喻宗泉．80X86微機原理與接口技術(shù)[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2005:250～263