基于嵌入式Linux視頻的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強(qiáng)，但穩(wěn)定性不好，視頻前端(如電壓耦合元件等視頻信號的采集、壓縮、通訊)較為復(fù)雜，可靠性不高。基于嵌入式Linux視頻的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)不需要用于處理模擬視頻信號的個(gè)人計(jì)算機(jī)，而是把視頻服務(wù)器內(nèi)置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。
由于把視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，可以直接連入局域網(wǎng)，即插即看，省掉復(fù)雜的電纜，安裝方便(僅需設(shè)置一個(gè)IP地址)，用戶也無需安裝任何硬件設(shè)備，僅用瀏覽器即可觀看。
基于嵌入式Linux的視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)將嵌入式Linux系統(tǒng)連接上Web，即視頻服務(wù)器內(nèi)置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，攝像機(jī)傳送來的視頻信號數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務(wù)器上。
1 系統(tǒng)總體框架
嵌入式Linux視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是電工電子裝置、計(jì)算機(jī)軟硬件以及網(wǎng)絡(luò)、通信等多方面的有機(jī)組合體，它以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、交互性為特征，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如果利用OSI七層模型的內(nèi)容和形式，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集控制模塊硬件和應(yīng)用軟件以及應(yīng)用環(huán)境等有機(jī)組合，可以形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)總體框架，其系統(tǒng)總體框架示意圖如圖l所示。
攝像機(jī)傳送來的視頻信號數(shù)字化后，經(jīng)過壓縮，通過RS-232/RS485將數(shù)據(jù)送到內(nèi)置的Web服務(wù)器，嵌入式LJnux系統(tǒng)的10/100M以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場信號送到客戶端。整個(gè)系統(tǒng)的核心是嵌入式Linux系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)后，嵌入式Linux系統(tǒng)啟動(dòng)Web Server服務(wù)程序，接收授權(quán)客戶端瀏覽器的請求，Web Server將根據(jù)通信協(xié)議完成相應(yīng)的監(jiān)測。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1 硬件平臺設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以公開的嵌入式Linux源代碼為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)的嵌入式目標(biāo)板編寫相應(yīng)的Bootloader程序，然后裁剪出合適的內(nèi)核和文件系統(tǒng)。目標(biāo)平臺CPU采用Motorola公司生產(chǎn)的ColdFire嵌入式處理器MFC5272。MFC5272采用ColdFire V2可變長RISC處理器核心和DigltalIDNA技術(shù)，在66MHz時(shí)鐘下能夠達(dá)到63Dlnrystone2.1MIPS的優(yōu)良處理能力。
內(nèi)部SIM(System IntegratedModule)單元集成了豐富的通用模塊，只需很少的外圍芯片就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)RS-232串行口和一個(gè)USB Slave接口。MFC5272還內(nèi)嵌一個(gè)FEC(快速以太網(wǎng)控制器)，片外擴(kuò)展一片LXT97l，方便地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)100/10 BaseT的以太網(wǎng)接口。能夠與常用的外圍設(shè)備(如SDRAM、ISDN收發(fā)器)實(shí)現(xiàn)無縫連接，從而簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)，降低了產(chǎn)品成本、體積和功耗。
2．2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用的是瀏覽器，服務(wù)器(B／S)網(wǎng)絡(luò)模型，即由客戶端通過Web向服務(wù)器提出請求，服務(wù)器對請求做出確認(rèn)響應(yīng)并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)(如向客戶端發(fā)送組播地址、圖像格式、壓縮格式等)，建立連接后就可以在客戶端監(jiān)控被控點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。服務(wù)器(Web Servei)端即現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)包括采集模塊、壓縮編碼模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、控制模塊等，如圖2所示。
2.2.1 視頻采集模塊設(shè)計(jì)
由于攝像機(jī)得到的是模擬的視頻信號，不能直接為計(jì)算機(jī)使用，因此要使視頻在網(wǎng)上傳輸，必須首先對其數(shù)字化。本系統(tǒng)選用的視頻采集卡為Conexant公司的Bt848卡，該卡不需要任何本地緩存來存儲視頻像素?cái)?shù)據(jù)，還能夠充分利用基于PCI總線系統(tǒng)的高帶寬和固有的多媒體功能，并且能夠與其他多媒體設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作。
在整個(gè)系統(tǒng)中由于視頻采集的速度通常高于應(yīng)用軟件取得數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的速度，因此為了保證視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)性，采用了三緩存結(jié)構(gòu)，緩存A是Bt848視頻采集的目標(biāo)地址，在RISC指令的直接控制下，采集的數(shù)據(jù)都先存放在這個(gè)緩存中；B和C組成乒乓式結(jié)構(gòu)循環(huán)往復(fù)使用，當(dāng)某一幀數(shù)據(jù)采集完畢后，產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中將緩存A的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存B(或C)中，然后采集下一幀，當(dāng)下一幀數(shù)據(jù)采集完后．再將緩存A中的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存C(或B)中，當(dāng)應(yīng)用程序需要數(shù)據(jù)時(shí)就從緩存B或C中讀取最新的一幀圖像。緩存B和C交替使用，能夠保證應(yīng)用程序從緩存讀數(shù)據(jù)的操作和驅(qū)動(dòng)程序向緩存寫數(shù)據(jù)的操作不會發(fā)生沖突，避免了數(shù)據(jù)的損壞和遲延。
2.2.2 視頻壓縮編碼的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選用了基于對象的MPEG-4視頻編碼技術(shù)，首先對輸入的任意形狀的VOP序列，用基于塊的混合編碼技術(shù)編碼。處理順序是先幀內(nèi)VOP，后幀間VOP和雙向預(yù)測VOP。
在對VOP的形狀信息編碼之后，取得任意形狀VOP的采樣，每個(gè)VOP用宏塊柵格劃分成不相交的宏塊，每個(gè)宏塊含有四個(gè)8
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