一種帶有運動檢測功能的無線圖像監(jiān)控終端

在需要數據傳輸的嵌入式系統(tǒng)上，無線傳輸方式已成為應用趨勢，而GPRS（General Packet Radio Service)具有永遠在線、快速登錄、高速傳輸等優(yōu)點[1]，被廣泛應用于通信系統(tǒng)、無線抄表、無線監(jiān)控設備中。
　　傳統(tǒng)的無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)，需要不間斷地把監(jiān)控圖像傳送至監(jiān)控中心，而這些監(jiān)控圖像中的有用圖像卻只占少數，這就浪費了大量的數據流量，也增加了成本。同時，監(jiān)控人員必須時刻注意監(jiān)控畫面，這不僅枯燥乏味，而且很容易忽略掉重要的監(jiān)控畫面。因此，開發(fā)一種能自動篩選出用戶感興趣的圖像并發(fā)送至監(jiān)控中心的監(jiān)控終端具有重要意義。
　　本無線監(jiān)控終端以三星公司的S3C2440A為主控芯片，移植了Linux操作系統(tǒng)。系統(tǒng)對USB攝像頭采集到的圖像進行運動檢測，如果有物體在監(jiān)控區(qū)域內運動，則將監(jiān)控圖像通過GPRS傳送至監(jiān)控中心。由于只發(fā)送用戶感興趣的監(jiān)控圖像，從而大大降低了無線數據傳輸中的數據流量，避免了傳統(tǒng)無線監(jiān)控系統(tǒng)中因傳輸大量無用的監(jiān)控圖像而造成的數據流量浪費，同時也減輕了監(jiān)控人員因長時間監(jiān)視監(jiān)控圖像帶來的工作強度。
1 系統(tǒng)構成
　　本系統(tǒng)由硬件、底層軟件和應用軟件三部分組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　系統(tǒng)硬件的微處理器采用三星公司的S3C2440A處理器，該處理器內含一個ARM920T內核，標準工作頻率為400 MHz，內嵌豐富的外圍設備，片外擴展64 MB的Nandflash(型號：K9F1208D0A)和2片32 MB的SDRAM(型號為HY57V561620)；攝像頭采用基于ZC301器件的奧尼S888，采用CMOS感光器件，48萬像素，最大分辨率為800×600，需要單獨安裝驅動程序。GPRS模塊采用華為公司的GTM900雙頻段GSM/GPRS無線模塊，它支持標準的AT命令及增強AT命令，內嵌TCP/IP協(xié)議，工作頻段為800 MHz/900 MHz/1 800 MHz/850 MHz/1 900 MHz。本系統(tǒng)采用RS232串口與S3C2440相連，SIM卡電壓為3 V。
底層軟件由BootLoader(vivi)、嵌入式Linux內核(版本為2.6.17)、設備驅動程序、文件系統(tǒng)組成。在內核配置中，需要添加對視頻設備編程接口的支持，配置菜單路徑選擇Device Drivers->Multimedia device->Video for linux。
　　應用軟件主要包括數據采集、運動檢測和圖像傳輸三部分。
2 應用軟件設計
2.1 基本流程
　　應用軟件的核心模塊包括圖像采集模塊、運動檢測模塊和GPRS無線數據傳輸模塊。首先圖像采集模塊用USB攝像頭采集分辨率為320×240的圖像,然后運動檢測模塊采用改進的幀差法對采集到的圖像進行運動檢測。如果運動檢測模塊檢測出監(jiān)控區(qū)域內有運動物體，則將有物體運動的圖像添加到圖像發(fā)送隊列，并喚醒GPRS數據傳輸線程，將隊列中的圖像發(fā)送至監(jiān)控中心。當圖像發(fā)送隊列中的圖像全部被發(fā)送出去后，GPRS數據傳輸線程將置于休眠狀態(tài)。
2.2 Video4Linux的圖像采集
　　Video4Linux是Linux中關于視頻設備的內核驅動，它為針對視頻設備(常見的電視捕獲卡及USB口的攝像頭)的應用程序編程提供一系列接口函數，同時也提供無線電通信和文字電視廣播解碼和垂直消隱的數據接口[2]。本文主要針對USB攝像頭設備文件/dev/video0進行圖像采集方面的程序設計。下面介紹主要步驟及部分代碼：
　　(1)打開視頻設備
　　int fd；//為視頻設備的文件描述符
　　fd=(open(“dev/video0”，O_RDWR))；
　　if(fd0){//打開失敗
　　printf(“No Camera found!n”)；
　　exit(-1)；
　　}
　　(2)讀取設備信息
　　ioctl函數將攝像頭的信息存放到結構videocap中，攝像頭信息主要包含名稱、類型、通道數、圖像寬度、圖像高度等。
　　struct video_capability videocap；
　　if(ioctl (fd，VIDIOCGCAP，videocap) == -1){
　　printf(″Couldn′t get videodevice capability″)；
　　exit(-1)；
　　}
　　(3)更改設備當前設置
　　設置圖像幀的屬性，將需要設置的屬性保存在結構體videopict中，主要包含圖像亮度、色彩、對比度、調色板參數等。
　　if (ioctl (fd，VIDIOCSPICT，videopict)  0){
　　 printf(″Couldnt set videopict params with VIDIOCSPICT″)；
 　　　exit(-1)；
　　}
　　(4)圖像采集
　　圖像采集主要有2種方式：read()直接讀取和mmap()內存映射。本系統(tǒng)采用mmap()內存映射方式。
　　vmmap.height=240；
　　vmmap.width=320；
　　vmmap.format=vd-> VIDEO_PALETTE_JPEG；
　　ioctl (vd->fd，VIDIOCMCAPTURE，(vd->vmmap)；
　　ioctl (vd->fd，VIDIOCSYNC，0)；
　　pFramebuffer=(unsigned char*) mmap(0，vd->videombuf.size，
　　PROT_READ | PROT_WRITE，MAP_SHARED，vd->fd，0)；
　　第一個ioctl()設置了采集的圖像大小為320×240，圖像格式為JPEG；第二個ioctl()設置為單幀采集，再用mmap()函數將圖像數據映射到pFramebuffer指針所指的內存中。
2.3 運動檢測
　　采集到監(jiān)控圖像之后，就可進行運動檢測了。視頻圖像處理中，運動目標檢測方法主要有背景差分法、幀差法和光流法。本系統(tǒng)采用幀差法。其原理是：當監(jiān)控區(qū)域內有物體運動時，在采集的圖像幀中，對應區(qū)域的像素值會發(fā)生明顯變化，這時只需將兩幀差分，得到兩幀圖像亮度差的絕對值。如果絕對值比所設定的閾值大，則區(qū)域內存在運動物體；反之，則不存在運動物體。用公式表達如下[3]：