Windows CE 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：本文主要是在S3C2410處理器上移植嵌入式WindowsCE操作系統(tǒng)、USB攝像頭驅(qū)動(dòng)，在ARM9處理器上完成視頻采集，壓縮，通過(guò)以太網(wǎng)接口連入局域網(wǎng)，隨時(shí)可供授權(quán)用戶在線訪問(wèn)，當(dāng)有物體闖入監(jiān)控范圍內(nèi)時(shí)，將抓拍下畫(huà)面并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短信至用戶手機(jī)。本文詳細(xì)介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)和主要軟件的編程實(shí)現(xiàn)。

1引言計(jì)算機(jī)智能視頻監(jiān)控是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域一個(gè)新興的應(yīng)用方向和備受關(guān)注的前沿課題。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，監(jiān)控技術(shù)正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向不斷前進(jìn)。監(jiān)控系統(tǒng)功能日益強(qiáng)大，但是依然需要工作人員不間斷地分析監(jiān)視場(chǎng)景內(nèi)的活動(dòng)，日夜值守，工作量繁重。因此計(jì)算機(jī)視覺(jué)和應(yīng)用研究學(xué)者適時(shí)提出新一代監(jiān)控視頻監(jiān)控的概念。視頻監(jiān)控在不需要人為干預(yù)情況下，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和視頻分析的方法對(duì)攝像機(jī)拍錄的圖像序列進(jìn)行自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中目標(biāo)的定位、識(shí)別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，從而既能完成日常管理又能在異常情況發(fā)生時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)。計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅符合信息產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，而且代表了監(jiān)控行業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向。

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)于特定應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)逐漸向嵌入式方向發(fā)展。但是目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來(lái)。本文所研究的基于WindowsCE的視頻系統(tǒng)結(jié)合了嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、智能監(jiān)控等特點(diǎn)，用于遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控場(chǎng)所。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在嵌入式處理器上移植嵌入式操作系統(tǒng)，不僅提高了開(kāi)發(fā)效率，還可以大大提升視頻監(jiān)控的靈活度和擴(kuò)展性，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后續(xù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)便于實(shí)現(xiàn)。本視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

前端USB攝像頭負(fù)責(zé)視頻采集；帶有嵌入式操作系統(tǒng)的ARM9控制模塊控制USB攝像頭的視頻采集和傳輸(通過(guò)以太網(wǎng)和中國(guó)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)途徑)；Ethernet接口和GPRS模塊作為網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件核心ARM微處理器S3C2410X是韓國(guó)的三星公司生產(chǎn)的32位RISC微處理器。含ARM920T內(nèi)核[1]、CPU主頻203MHz、板載64MBSDRAM、64MBFLASH。系統(tǒng)的核心硬件設(shè)計(jì)組成如圖2所示。主要包括USB攝像頭，采用CMOS35萬(wàn)象素感光芯片，處理器通過(guò)USB接口讀取USB攝像頭的視頻圖像數(shù)據(jù)；以太網(wǎng)卡采用了10M以太網(wǎng)卡芯片DM9000；GPRS模塊采用華為GTM900無(wú)線模塊，插入SIM手機(jī)卡后通過(guò)AT命令發(fā)送短信到用戶手機(jī)上。

4系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì)軟件部分包括WindowsCE。NET開(kāi)發(fā)板具備良好支持的板級(jí)支持包，可快速定制一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)PC硬件結(jié)構(gòu)的嵌入式平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于Windows平臺(tái)軟件的重用和移植，能較好地滿足嵌入式PC視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用需求。

4。1嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)NK。BIN是系統(tǒng)配置文件和定制的OS核心模塊合并后經(jīng)編譯形成的一個(gè)二進(jìn)制文件，NK。BIN的構(gòu)建就是對(duì)構(gòu)成OS的模塊進(jìn)行配置、鏈接、定址以生成可啟動(dòng)OS鏡像的過(guò)程，在嵌入式平臺(tái)創(chuàng)建過(guò)程中完成。根據(jù)視頻監(jiān)控功能需求，主要是選擇BSP以及對(duì)OS各模塊特性進(jìn)行定制。

(1)選擇BSP。針對(duì)本系統(tǒng)的ARM920T硬件平臺(tái)，我們選擇了硬件廠商附帶的BSP作為嵌入式平臺(tái)的底板支持。此BSP提供了對(duì)相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)(ARM920T芯片驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)卡、USB像頭等)的軟件實(shí)現(xiàn)和支持，以及WindowsCE。NETOS的核心特性的支持。

(2)應(yīng)用程序和服務(wù)特性。選擇COM組件特性，以提供對(duì)DirectX基于COM對(duì)象的函數(shù)和方法的接口支持。

(3)通信和網(wǎng)絡(luò)特性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/驅(qū)動(dòng)器接口規(guī)范，TCP/IP協(xié)議棧及其它網(wǎng)絡(luò)API，包括WindowsNetworkingAPI、RTCClientAPI等網(wǎng)絡(luò)模塊，以實(shí)現(xiàn)向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送視頻數(shù)據(jù)的能力。

(4)文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。對(duì)內(nèi)置文件系統(tǒng)選取ROMRAMFileSystem模塊，用于OS鏡像的存放和運(yùn)行。外圍存儲(chǔ)設(shè)備的文件系統(tǒng)由存儲(chǔ)管理器負(fù)責(zé)管理，選取StorageManager模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)FAT文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理。

(5)編譯、鏈接、裝配OS各定制模塊，生成NK。BIN文件。建造CE操作系統(tǒng)后，應(yīng)創(chuàng)建為平臺(tái)上其他應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供支持的軟件開(kāi)發(fā)工具包SDK(包括WindowsCE。NET操作系統(tǒng)組件，硬件驅(qū)動(dòng)程序等)?？梢岳肊mbeddedVisualC++4。0提供的工具來(lái)創(chuàng)建、測(cè)試和修改應(yīng)用程序。利用Platform。Builder4。0創(chuàng)建SDK并導(dǎo)入到MicrosoftEmbeddedVisualC++4。0，然后從環(huán)境列表中選擇所定制的平臺(tái)，進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行。

4。2應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要模塊包括：視頻采集模塊，視頻壓縮傳輸模塊，圖像動(dòng)態(tài)檢測(cè)及GPRS報(bào)警模塊。

1，視頻采集本系統(tǒng)所用的是基于OV511芯片的網(wǎng)眼2000USB攝像頭。WindowsCE下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩類：本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序和流接口驅(qū)動(dòng)程序。本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，也稱為“內(nèi)置驅(qū)動(dòng)程序”，這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一些硬件所必需的，是由原始設(shè)備制造商創(chuàng)建的，用以驅(qū)動(dòng)如鍵盤(pán)、觸摸屏、音頻等設(shè)備，往往在設(shè)備售出后就不會(huì)再更換。流接口驅(qū)動(dòng)程序是運(yùn)行在用戶級(jí)別的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一組稱為流接口函數(shù)的固定函數(shù)，這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過(guò)文件系統(tǒng)中的特殊文件與設(shè)備進(jìn)行交互。

每個(gè)流接口驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)一組標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)：XXX_Close，XXX_Deinit，XXX_Init，XXX_IOControl，XXX_Open，XXX_Powerdown，XXX_powerUp，XXX_read，XXX_Seek，XXX_Write用來(lái)完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I/O函數(shù)和電源管理函數(shù)，這些函數(shù)提供給WindowsCE。NET操作系統(tǒng)的內(nèi)核使用。這些函數(shù)通常也叫做流接口驅(qū)動(dòng)程序的DLL接口。

流接口USB驅(qū)動(dòng)主要分為下面幾步：1）建立一個(gè)WCEDynamic-LinkLibrary；2）書(shū)寫(xiě)一個(gè)Exportdef文件輸出各個(gè)驅(qū)動(dòng)需要的函數(shù)符號(hào)；3）依據(jù)USB驅(qū)動(dòng)加載的流程，添加完成USBInstallDriver，USBDeviceAttach，USBUnInstallDriver，CAM_Init，CAM_Deinit各個(gè)函數(shù)，并進(jìn)行測(cè)試；這些函數(shù)正確填寫(xiě)之后，驅(qū)動(dòng)程序就可以加載了。