嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要:提出了基于AT91RM9200微處理器的嵌入式Linux視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)方法。采用韓國Pentamicro公司的視頻芯片AT2042對(duì)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行MPEG-4壓縮編碼,生成MPEG-4碼流。為實(shí)現(xiàn)交互性的要求,在嵌入式WEB服務(wù)器中采用CGI技術(shù),對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控端的控制信息分析處理,實(shí)現(xiàn)B/S模式的交互功能和系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比,該系統(tǒng)視頻圖像的質(zhì)量得到改進(jìn),開發(fā)便捷,成本低廉,應(yīng)用范圍廣。
關(guān)鍵詞:視頻服務(wù)器;AT91RM9200;嵌入式Linux;MPEG-4;視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面的特征廣泛應(yīng)用于各種場合。隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重要場所的監(jiān)控越來越引起人們的關(guān)注和重視。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像的壓縮解壓都是基于PC機(jī),在穩(wěn)定性,可靠性方面都受到限制。近年來,隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,嵌入式設(shè)備體積小、集成度高、高效可靠、可移植、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)使得基于嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸取代
了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。筆者所介紹的嵌入式視頻服務(wù)器是建立在嵌入式WEB服務(wù)器的基礎(chǔ)上,基于AT91RM9200微處理器,采用Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),由專門的視頻芯片接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)完成壓縮編碼,生成MPEG-4碼流,通過內(nèi)部總線傳送到WEB服務(wù)器上,遠(yuǎn)程授權(quán)用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器觀看WEB上的圖像信息,控制圖像獲取方式。該系統(tǒng)保證了圖像質(zhì)量,客戶端零維護(hù),開發(fā)便捷,成本低廉。
1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)分為硬件和軟件2個(gè)部分。硬件部分分為4個(gè)模塊:視頻采集模塊,視頻壓縮編碼模塊,網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和其他輔助功能模塊。系統(tǒng)采用B/S模式。軟件部分分為視頻圖像采集的驅(qū)動(dòng)程序,WEB服務(wù)器程序,CGI和用戶瀏覽器的網(wǎng)頁設(shè)計(jì)4部分。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件部分
本系統(tǒng)采用Atmel公司的AT91RM9200微處理器。該處理器是高性能,低功耗的32位RISC微處理器,最高主頻為180MHz,32位外部數(shù)據(jù)總線支持8/16/32位數(shù)據(jù)寬度,可對(duì)64 MB空間尋址。內(nèi)部集成豐富的外設(shè)資源,MMU管理單元,16 kB SRAM和128 kB ROM,各種外圍接口,適用本系統(tǒng)的開發(fā)。AT91RM9200微處理器的作用是在系統(tǒng)上電時(shí)配置芯片的相關(guān)功能寄存器,正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行總體控制,如接受視頻數(shù)據(jù)流,配置網(wǎng)絡(luò)接口,實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)等功能。
2.1 視頻采集模塊
本模塊的作用是把模擬視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻,產(chǎn)生符合編碼芯片接口標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)。采用的是Tl公司的TVP5150低功耗視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片。TVP5150支持NTSC/PAL/SECAM 3種格式,可以輸出ITU-R BT.656和ITU-R BT.601兩種信號(hào),考慮到編碼芯片的標(biāo)準(zhǔn),本系統(tǒng)采用ITU-RBT.656格式8為數(shù)據(jù)串行傳輸。TVP5150的AIPIA為模擬信號(hào)輸入端,接收攝像頭的模擬視頻信號(hào)輸人。行同步脈沖和場同步脈沖分別對(duì)應(yīng)HSYNC和VSYNC,分別連接編碼芯片的HSYNIN和VSYNIN2個(gè)引腳,實(shí)現(xiàn)圖像的行同步和場同步操作。YOUT[7:0]為數(shù)據(jù)輸出引腳,將數(shù)字視頻信號(hào)送到編碼芯片的數(shù)據(jù)接收端。SCL和SDA分別為I2C接口的串行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)引腳,AT91RM9200對(duì)TVP5150的內(nèi)部寄存器的訪問是通過I2C總線實(shí)現(xiàn)的。
2.2 視頻壓縮編碼模塊
動(dòng)態(tài)圖像被數(shù)字化處理成YUV格式,數(shù)據(jù)量非常大。未經(jīng)壓縮的CIF格式的RGB數(shù)據(jù)至少需要58.01 Mb/s,因此視頻數(shù)據(jù)在傳輸和處理的過程中必須經(jīng)過壓縮。視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,M-JPEG和H.26x系列。本系統(tǒng)采用的是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)。MPEG(Moving Pictures Experts Group),該專家組成立于1988年,致力于運(yùn)動(dòng)圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)化工作。MPEG-4是該專家組研制出來的于1999年正式成為ISO和IEC聯(lián)合制定的國際編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4與其他編碼標(biāo)準(zhǔn)相比,相同比特率下,具有更高的視覺質(zhì)量,可以在低帶寬的信道上傳輸。本系統(tǒng)采用韓國Pentamicro公司的壓縮/解壓芯片AT2042.AT2042接收經(jīng)過TVP5150進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。AT2042支持視頻壓縮和音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),支持CBR和VBR兩種碼率。采用ITU-R 656接口標(biāo)準(zhǔn)。工作原理:在AT91RM9200的控制下,要進(jìn)行壓縮編碼的數(shù)據(jù)經(jīng)AT2042的FIFO口輸入。AT2042的解壓是壓縮的逆過程。本系統(tǒng)中,AT2042的數(shù)據(jù)接收端VIN[7:0]接收TVP5150的YOUT[7:0]端輸出的數(shù)據(jù),同時(shí)AT2042的HSYNI N和VSYNIN信號(hào)分別和TVP5150的HSYN和VSYN相連,實(shí)現(xiàn)圖像的行同步和場同步操作。接收來的數(shù)據(jù)送到AT2042的壓縮編碼處理單元,壓縮編碼后送到芯片外部的SDRAM中存儲(chǔ),通過片內(nèi)的SDRAM控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部SDRAM的訪問,并通過HPI與AT91RM9200微處理器進(jìn)行通信,以便遠(yuǎn)程監(jiān)控端的實(shí)時(shí)監(jiān)控。視頻壓縮編碼框圖如圖2所示。
2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊
本模塊是采用LAN91C11構(gòu)建嵌入式以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐?。LAN91C11是SMSC公司推出的快速以太網(wǎng)控制器。芯片上集成MAC和PHY,符合IEEE802.3/802.U-100Base-Tx/10Base-T規(guī)范。AT91RM9200微處理器通過地址、數(shù)據(jù)、控制線和片選信號(hào)線對(duì)LAN91C11進(jìn)行通信和控制。網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件連接原理圖如圖3所示。AT91RM9200發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),首先置發(fā)送使能信號(hào)ETXEN有效。數(shù)據(jù)發(fā)送端ETX[1:0]與LAN91C11的TXD[1:0]引腳相連接。以AT91RM9200的時(shí)鐘信號(hào)EXTCK發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的接收端ERX[1:0]與LAN91C11的RXD[1:0]引腳相連接,接收視頻數(shù)據(jù)。EMD10和EMDC分別控制芯片的讀寫。數(shù)據(jù)從DMA通道發(fā)送。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),首先設(shè)置好傳輸控制寄存器和傳輸傳輸?shù)刂芳拇嫫鳎瑥闹付ǖ拇鎯?chǔ)區(qū)取數(shù)據(jù),并且記錄發(fā)送完的字節(jié)數(shù),數(shù)據(jù)發(fā)送完之后,LAN19C11產(chǎn)生中斷信號(hào),請(qǐng)求DMA中斷,由AT91RM9200處理。
評(píng)論