基于StrongARM的視頻采集與處理系統(tǒng)

2.2 系統(tǒng)工作流程

模擬輸入部分：攝像機(jī)將采集到的模擬數(shù)據(jù)發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行視頻解碼，模擬電路需要提供A/D轉(zhuǎn)換芯片所需要的時(shí)鐘頻率24.576MHz，A/D轉(zhuǎn)換芯片將用此頻率來(lái)同步MJPEG壓縮芯片。模擬電路部分還包括對(duì)攝像機(jī)焦距和云臺(tái)轉(zhuǎn)向的控制電路。

視頻壓縮部分：MJPEG壓縮芯片將A/D轉(zhuǎn)換芯片輸入的YUV格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行MJPEG格式的壓縮。MJPEG由JPEG圖像連接組成，相比JPEG圖像每幅都有自己的量化表和Huffman碼表。MJPEG可以僅使用一張量化表和Huffman碼表對(duì)連續(xù)幾十幀甚至上百幀圖像進(jìn)行壓縮，僅當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)才需要重新載入量化表和Huffman碼表。這一優(yōu)點(diǎn)大大降低了系統(tǒng)視頻解碼時(shí)所需要的開(kāi)銷。而且，MJPEG可以分幀存儲(chǔ)，這給數(shù)據(jù)的管理和回放來(lái)了方便[4]。

邏輯譯碼電路：邏輯譯碼電路需要完成中斷請(qǐng)求的譯碼以及片選信號(hào)的譯碼，并提供降頻的時(shí)鐘信號(hào)等。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理：當(dāng)嵌入式操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先對(duì)子系統(tǒng)供電，將視頻采集系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序載入設(shè)備管理器 Device Manager ，然后由應(yīng)用程序調(diào)用MDD層的初始化函數(shù)完成如下工作：

(1)通過(guò)I2C總線讀寫(xiě)A/D轉(zhuǎn)換芯片寄存器進(jìn)行初始化；

(2)通過(guò)地址及數(shù)據(jù)總線對(duì)MJPEG壓縮芯片進(jìn)行初始化處理，裝入壓縮需要的量化表及Huffman碼表；

(3)初始化邏輯譯碼電路。

初始化完成后，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)及通道切換都要通過(guò)中斷請(qǐng)求來(lái)完成。對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)講，此工作方式是合適的。因?yàn)榛赟A-1110的嵌入式操作系統(tǒng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換芯片和MJPEG壓縮芯片的工作速度，中斷請(qǐng)求及中斷服務(wù)不會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很大的負(fù)荷。系統(tǒng)采用A/D轉(zhuǎn)換芯片和MJPEG壓縮專用芯片進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)處理，也就是說(shuō)對(duì)4臺(tái)攝像機(jī)來(lái)講，只能分時(shí)地占用這些資源，這就要靠嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)通道選擇的控制及緩存數(shù)據(jù)的讀取。

對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片來(lái)說(shuō)，每完成一幀圖像的轉(zhuǎn)換，將輸入切換到另一個(gè)攝像頭上，開(kāi)始接受下一個(gè)攝像頭的模擬數(shù)據(jù)(這一功能由SA-1110對(duì)I2C類型的A/D芯片進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)[5])。因此它源源不斷地傳出輪流時(shí)分的4個(gè)攝像頭的視頻信息。MJPEG壓縮芯片則僅僅負(fù)責(zé)將收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并將結(jié)果寫(xiě)入緩存FIFO。

當(dāng)子系統(tǒng)正常工作后，整個(gè)系統(tǒng)是中斷驅(qū)動(dòng)的。有如下兩種中斷：

(1)MJPEG芯片對(duì)一幅圖片壓縮完成

這意味著一路攝像機(jī)輸入的圖像已經(jīng)完成。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行通道選擇，將A/D芯片的輸入切換到另一臺(tái)攝像機(jī)上。這樣，下一幀圖像就是另一路攝像機(jī)輸入的，從而完成了攝像機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)分復(fù)用。這一操作通過(guò)I2C總線完成，通過(guò)對(duì)A/D芯片內(nèi)部寄存器的修改，切換A/D模擬輸入的通道。

(2)FIFO半滿指示

這意味著緩存正等待操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)移走，以便新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)據(jù)總線將FIFO中的數(shù)據(jù)讀入指定緩存。

至此，視頻數(shù)據(jù)采集過(guò)程已經(jīng)完成。接下來(lái)是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，包括分辨數(shù)據(jù)源(攝像頭)、UDP打包處理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。這一過(guò)程也由嵌入式操作系統(tǒng)完成。遠(yuǎn)端的服務(wù)器可以通過(guò)調(diào)用函數(shù)對(duì)攝像頭進(jìn)行調(diào)焦、轉(zhuǎn)向等控制。這一功能通過(guò)信令通道與嵌入式操作系統(tǒng)之間通信來(lái)完成。遠(yuǎn)端的監(jiān)控服務(wù)器將通過(guò)LAN或WAN收到的HDP數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、解碼、顯示、管理等。
(3)本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的應(yīng)用

基于小型嵌入式操作系統(tǒng)的視頻采集傳輸系統(tǒng)非常適合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的應(yīng)用。如果數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)能力，這意味著世界上任何有通信線路的地方，用戶都能夠使用PC機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到他們的數(shù)字視頻服務(wù)器，從而選擇觀看到所需的視頻圖像。連接的網(wǎng)絡(luò)既可是局域網(wǎng)也可是廣域網(wǎng)，還可以是一個(gè)通過(guò)電話線的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)。

這樣的監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖4所示。

本文介紹的基于StrongARM的視頻采集和處理系統(tǒng)，采用MJPEG進(jìn)行圖像壓縮編碼，并使用基于SA-1110的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行本地化數(shù)字處理并打包向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，使得數(shù)字視頻采集系統(tǒng)的所有功能都集成在一個(gè)小小的電子設(shè)備上。一根電話線、一根電源線、一個(gè)手持設(shè)備就可以組成一套完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備，不需要早前的視頻采集卡等輔助設(shè)備與PC相連。集成度高、多路并行采集。這些特點(diǎn)使得本系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
1 Microsoft Windows CE Device Driver Kit． Microsoft Press Part No.097-0002205 ISBN:1-57231-856-2
2 Intel StrongARM SA-1110 Microprocessor Developer's Manual． June 2000． Intel Company order number 278240-003
3 Intel StrongARM SA-1110 Microprocessor Development Board Manual． June 2000． Intel Company order number 278278-006
4 ZORAN Corporation． ZORAN ZR36060 Datasheet．1998
5 Philips Corporation．Philips SAA71113 Datasheet．1998 Sept 4
6蔡茂國(guó)，楊淑雯．基于DSP的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．電子技術(shù)應(yīng)用，2001；27(9) 52~54