基于H.264的嵌入式無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

對(duì)圖像監(jiān)控系統(tǒng)，用戶常常對(duì)使用環(huán)境提出一些特殊需求，他們希望能夠監(jiān)控距離比較遠(yuǎn)的對(duì)象，這些對(duì)象有可能是深山的電網(wǎng)、荒原的油井或者其它無(wú)人值守或人無(wú)法到達(dá)場(chǎng)合的重要設(shè)備何地；另一方面他們希望獲取比較清晰的圖象，同時(shí)他們對(duì)圖象傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求比較高，很明顯，用傳統(tǒng)的PC機(jī)加圖像采集卡的方式很難滿足這樣的需求[1]。

以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)很多都使用了MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)，而新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H．264是面向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的視頻圖像編碼與傳輸技術(shù)，相對(duì)MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)，除了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力外，大幅度提高了壓縮編碼效率，在相同的碼率下能夠獲得更高的主客觀質(zhì)量。

碼分多址無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣、高效、低成本的特點(diǎn)。碼分多址網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)150 kb／s。這里開發(fā)的嵌入式無(wú)線視頻定位監(jiān)控系統(tǒng)就是充分利用了H.264視頻壓縮技術(shù)碼分多址無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌人式系統(tǒng)的特點(diǎn)而搭建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

本文提出了一種采用海思公司的Hi3510系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，分別對(duì)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)討論，完成視頻信號(hào)的采集、壓縮及傳輸功能。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)由無(wú)線或有線互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控用戶、中心服務(wù)器、嵌入式監(jiān)控終端組成，系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。無(wú)線終端用戶或者有線互聯(lián)網(wǎng)用戶向中心服務(wù)器發(fā)送用戶請(qǐng)求命令，先通過(guò)碼分多址網(wǎng)關(guān)接入Internet，然后到達(dá)中心服務(wù)器。中心服務(wù)器收到用戶命令后進(jìn)行命令解析，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控終端發(fā)送控制命令，監(jiān)控終端收到中心端的監(jiān)控任務(wù)之后，就通過(guò)圖像采集模塊拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖像，并將經(jīng)過(guò)H.264壓縮編碼后的圖像數(shù)據(jù)按照RTP通信協(xié)議，經(jīng)由碼分多址模塊發(fā)送回中心服務(wù)器。對(duì)于無(wú)線用戶，中心服務(wù)器再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送監(jiān)控視頻或圖片，而對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)用戶中心服務(wù)器則直接通過(guò) Internet向網(wǎng)絡(luò)用戶提供視頻或圖片監(jiān)控。中心服務(wù)器首先需要處理在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)包錯(cuò)序、校驗(yàn)出錯(cuò)、丟包、重包等現(xiàn)象，即在通訊協(xié)議中增加請(qǐng)求丟包重發(fā)機(jī)制和超時(shí)機(jī)制；其次，中心服務(wù)器還要監(jiān)控碼分多址傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量，并進(jìn)行反饋，由此來(lái)控制碼分多址在不同信號(hào)質(zhì)量下發(fā)送數(shù)據(jù)的速度；最后，服務(wù)器還要為用戶提供監(jiān)控系統(tǒng)的Web瀏覽、視頻數(shù)據(jù)的硬盤存儲(chǔ)、下載等功能。系統(tǒng)采用雙C／S架構(gòu)，具有非常好的擴(kuò)容性，多個(gè)監(jiān)控終端安裝在不同的地點(diǎn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖1. 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架圖

3 監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

監(jiān)控端系統(tǒng)基于華為海思公司的高性能通信媒體處理器碼分多址搭建。Hi3510是一款基于ARM9、DSP雙處理器內(nèi)核以及硬件加速引擎的高集成、可編程、支持MPEG-4 AVC/H.264協(xié)議的高性能通信媒體處理器。圍繞Hi3510分別搭建相應(yīng)的硬件和軟件環(huán)境，就可以很方便的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)。

3.1 監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)

要能夠正確運(yùn)行一個(gè)系統(tǒng)，硬件方面至少應(yīng)該包括CPU、內(nèi)存和固態(tài)存儲(chǔ)器、系統(tǒng)內(nèi)部總線以及外設(shè)接口，Hi3510處理器系統(tǒng)很好滿足了這些條件。具體硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2. Hi3510處理器機(jī)構(gòu)圖