新型網絡數字攝像系統(tǒng)的設計

由于S3C4510B芯片面向網絡應用，因此在芯片內部集成了一個以太網控制器。該控制器工作于ＭＡＣ層，完全兼容ＩＥＥＥ８０２．３協議標準。它能運行于１０Ｍｂｐｓ／１００Ｍｂｐｓ模式。該控制器包括一個接收／發(fā)送單元、一個流控制器、一個用于存放網絡地址的內容可尋址存儲單元和一系列命令／狀態(tài)寄存器。

２．２ 功能介紹

S3C4510B芯片作為系統(tǒng)的主控制芯片，負責控制嵌入式網絡數字攝像系統(tǒng)的正常工作，包括將壓縮后的圖像數據按照TCPIP協議發(fā)送到互聯網中的計算機上并接收計算機的命令修改系統(tǒng)工作參數等。

系統(tǒng)加電后，S3C4510B芯片自動從地址0x00處運行系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序首先初始化異常向量表，之后初始化1K×32bits的系統(tǒng)堆棧區(qū)，用于存放出現異常情況(中斷)時的寄存器值。然后，系統(tǒng)程序設置系統(tǒng)正常工作時的各個存儲區(qū)起始地址及存儲區(qū)容量，將地址０ｘ00000～0ｘ7FFFF共512K×32bits范圍作為程序存儲區(qū)(ROM)，用于存放系統(tǒng)程序和用戶程序；將地址0x1000000~0x10FFFFF共1M×32bits作為程序／數據存儲區(qū)(RAM)，又將該段存儲區(qū)分為用戶程序段、用戶堆棧段和用戶數據段；將片內存儲區(qū)地址映射到０ｘ3FE0000~0x3FEFFFF；將特殊寄存器區(qū)地址映射到０ｘ３FF0000～０ｘ３FFFFFF。最后系統(tǒng)程序設置片內寄存器的值，初始化Ｓ３Ｃ４５１０ＢS3C4510B芯片的各個外部接口，包括異步串行通信接口(UART)、計時器、可編程I/O口、以太網控制器等。在系統(tǒng)初始化結束后，自動進入用戶模式，執(zhí)行用戶程序。

在用戶模式下，攝像系統(tǒng)作為網絡視頻服務器。根據用戶程序設置的MAC地址和IP地址，接收來自互聯網中計算機發(fā)出的請求信號。當系統(tǒng)收到請求信號后，用戶程序立即在本地與計算機建立TCP連接。將待傳輸的一幀壓縮圖像數據首先按TCP協議封裝成TCP數據報，然后交付給IP層子程序封裝成IP數據報，最后由S3C4510B芯片內的MAC控制器將其拆分封裝成幀并發(fā)送到目的計算機上。當有多個計算機用戶發(fā)出請求信號時，用戶程序會在數據存儲區(qū)中設置一個用戶列表，自動根據各個計算機的ＩＰ地址和建立連接時的端口號分別發(fā)送圖像數據。圖４顯示了用戶程序與一臺計算機發(fā)送和接收TCP／IP數據報的流程圖。目的計算機將接收到的TCP／IP數據報解封，恢復成JPEG壓縮圖像幀，再解壓縮，完成視頻圖像流的接收和播放。

用戶程序在發(fā)送數據幀的同時，會根據圖像數據發(fā)送的速度及網絡的擁塞情況，自動通過異步串行通信接口(ＵＡＲＴ０)向ＶＣ５４１６VC5416芯片發(fā)送控制信號，及時改變圖像采集和壓縮的速率。本系統(tǒng)在發(fā)送視頻數據的同時，還能夠接收來自計算機的控制命令。根據不同的控制命令，系統(tǒng)也可以完成對圖像分辨率、圖像幀速率等指標的調節(jié)。

本文介紹的網絡數字攝像系統(tǒng)目前運行于評估板平臺上，下一步將繼續(xù)進行系統(tǒng)的集成和優(yōu)化并最終實現產品化。由于該設計方案采用高性能的３２位微控制器和多個通用可編程器件(ＦＰＧＡ和ＤＳＰ)，因此該系統(tǒng)能夠支持ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式實時操作系統(tǒng)和更為復雜的應用程序。而且軟件和硬件設計只需稍加改進就能實現無線聯網，使得數字攝像系統(tǒng)能在移動中傳輸實時圖像。該網絡數字攝像系統(tǒng)具有硬件集成度高、圖像傳輸實時性好、操作簡單、維護方便等優(yōu)點。可以用于電視會議、電訊基站、智能樓宇、銀行的保安監(jiān)控以及交通違章和流量管理等。