基于ARM9的嵌入式3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國內(nèi)外市場上主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定， 在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。

后者是新近崛起的以計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像視頻壓縮技術(shù)為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在解決模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部分弊端的基礎(chǔ)上迅速崛起。在互聯(lián)網(wǎng)的普遍推廣和網(wǎng)絡(luò)帶寬逐漸提高的背景下，視頻監(jiān)控技術(shù)飛速發(fā)展， 出現(xiàn)了集多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)于一體的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

目前國內(nèi)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究有了很大的發(fā)展， 但是國內(nèi)對嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究還比較少。本文介紹了自主開發(fā)的基于ARM 的嵌入式無線視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案采用S3C2410 嵌入式處理器和ARMLinux 操作系統(tǒng)， 利用通過自行開發(fā)的視頻服務(wù)器軟件，通過3G無線上網(wǎng)卡完成客戶端與視頻服務(wù)器的通信。介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、服務(wù)器端軟件的總體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)程序的構(gòu)建、圖像的采集和壓縮以及傳輸模塊的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 系統(tǒng)采用H.264 編碼技術(shù)在保證視頻傳輸質(zhì)量的同時(shí)具有良好的帶寬適應(yīng)能力。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場攝像頭、嵌入式視頻服務(wù)器、客戶端三部分組成。監(jiān)控現(xiàn)場的攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像的采集，并把采集的圖像信息通過內(nèi)部總線傳送給嵌入式視頻服務(wù)器。嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)基于S3C2410處理器、H.264 壓縮、Web 服務(wù)器和Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)， 它的主要功能是對攝像頭采集到的圖像進(jìn)行H.264 壓縮編碼， 并對編碼后的圖像通過3G 無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。客戶端主要完成圖像的接收和解壓縮， 用戶可以通過Web 瀏覽器訪問嵌入式視頻服務(wù)器來觀看攝像頭采集到的圖像，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件由圖像傳感器MI360 、3G 無線模塊MC8630 、圖像壓縮芯片ZC0301 、微處理器芯片S3C2410 、以太網(wǎng)控制芯片、SDRAM 等芯片組成。S3C2410 具有低功耗、精簡而出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，具備MMU 存儲(chǔ)器管理功能， 擁有獨(dú)立的16 KB 指令和16 KB 數(shù)據(jù)緩存，在高性能和低功耗特性方面提供了可靠的性能。無線模塊選用中興3G 模塊MC8630， 數(shù)據(jù)速率為前向：3.1 Mb/smax，反向：1.8 Mb/s max 。

為了降低成本， 簡化設(shè)計(jì)， 本方案選用中星微的ZC0301 作為視頻壓縮編碼芯片，Vimicro ZC0301 主要由系統(tǒng)控制、圖像信號處理、次取樣和水平掃描、JPEG 編碼器和USB 設(shè)備控制五大功能模塊組成。CMOS 圖像傳感器選擇美光的MI360 ， 它采用VGA 標(biāo)準(zhǔn)（30 萬像素） ，感光面積為1/4 英寸， 有效像素649H ×489H， 采用低噪聲技術(shù)，噪聲等級達(dá)到CCD 標(biāo)準(zhǔn)。MI360 和ZC0301 壓縮編碼芯片完成視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮和編碼。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

本嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件由攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、圖像采集模塊、H.264 圖像壓縮模塊、嵌入式Web 服務(wù)器組成。攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)攝像頭在Linux 操作系統(tǒng)下的正常工作， 并為應(yīng)用程序提供接口。圖像采集程序獲取攝像頭傳送過來的圖像信息并進(jìn)行暫存。H.264壓縮模塊完成對原始圖像的編碼處理。嵌入式Web 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸。嵌入式Web 服務(wù)器一般由5 個(gè)主要模塊組成： 嵌入式HTTP 引擎、安全模塊、應(yīng)用程序接口、文件系統(tǒng)和配置模塊[ 2]。由于開發(fā)平臺采用的嵌入式操作系統(tǒng)為ARMLinux ， 具有成熟的文件系統(tǒng)， 提供文件訪問的接口， 可以直接使用文件系統(tǒng)提供的讀寫接口訪問嵌入式Web 資源文件， 不需要另外設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3 所示。