嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

0 引言

視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了3 個(gè)主要的發(fā)展階段：第1代是以磁帶存儲(chǔ)為主要特征的本地模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（VTR 時(shí)代）；第2代是以ISDN 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、并綜合應(yīng)用數(shù)字壓縮、時(shí)隙交換和數(shù)字硬盤錄像機(jī)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR時(shí)代）；第3代是基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字視頻技術(shù)和圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控正向智能化的方向發(fā)展，即智能視頻監(jiān)控。與非智能化得視頻監(jiān)控相比，智能視覺監(jiān)控能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)控，采用智能算法對(duì)監(jiān)控到的畫面進(jìn)行智能分析，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

智能視頻監(jiān)控有基于PC 機(jī)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。兩者相比，嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有便攜、低功耗、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)勢(shì)，隨著嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大量應(yīng)用、批量生產(chǎn)，其成本優(yōu)勢(shì)也將得到體現(xiàn)。嵌入式智能監(jiān)控產(chǎn)品已是監(jiān)控市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于達(dá)芬奇DM6446[5-6]平臺(tái)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種新型的嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架方案，該方案由視頻分析單元、視頻服務(wù)器、一級(jí)客戶端、二級(jí)客戶端組成的，文中系統(tǒng)地分析了各個(gè)部分的關(guān)鍵技術(shù)并給出了具體的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方案。多級(jí)客戶端的結(jié)構(gòu)可以提供對(duì)多個(gè)嵌入式智能視頻監(jiān)控器的系統(tǒng)管理，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)控場(chǎng)景的全面、無縫監(jiān)控。本系統(tǒng)基于davicnTMS320DM6446芯片實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)安全可靠，可擴(kuò)充性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由視頻采集、視頻服務(wù)、智能視頻分析、智能客戶端、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、電視墻等組成。視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)；智能視頻分析單元負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的智能分析；智能客戶端作為一級(jí)客戶端主要是實(shí)現(xiàn)流媒體的實(shí)時(shí)播放，與監(jiān)控管理相關(guān)的各種控制操作，與智能視頻分析相關(guān)的規(guī)則設(shè)置、分析軟件的更新等；網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和電視墻作為二級(jí)客戶端分別用于視頻回放，實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2 軟硬件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)基于TMS320DM6446的實(shí)現(xiàn)。TMS320-DM6446是TI C6000系列中速度達(dá)到4 800MIPS的雙核處理器，集成了高速C64x + DSP 處理器和ARM926EJ2S處理器。針對(duì)DSP核具有高速的數(shù)據(jù)處理能力和ARM 核優(yōu)于對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制的特點(diǎn)，該系統(tǒng)中ARM 主要負(fù)責(zé)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸控制、外設(shè)控制，即ARM 作為視頻服務(wù)器，DSP作為智能視頻分析單元。

本系統(tǒng)的軟件分為3個(gè)部分：視頻服務(wù)器部分采用monta vista linux嵌入式操作系統(tǒng)；智能視頻分析單元運(yùn)行匯編語言編寫的視頻分析算法，無單獨(dú)操作系統(tǒng)，由視頻服務(wù)器Linux來調(diào)度執(zhí)行；智能客戶端在PC上VC++ 實(shí)現(xiàn)，智能客戶端和視頻服務(wù)器間的通信通過Socket實(shí)現(xiàn)。

3 功能模塊實(shí)現(xiàn)方案

3.1 視頻采集

系統(tǒng)采用TI公司的視頻解碼芯片TVP5146[7]實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，由DM6446的I2C對(duì)其控制，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送至DM6446的VPFE模塊。

3.2 視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器由ARM 子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、VPSS、視頻自動(dòng)環(huán)出、外圍設(shè)置及控制電路組成，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)，視頻處理等。

視頻處理模塊VPSS（VPEE和VPBE）包括視頻的編解碼、視頻輸入輸出、視頻放大。DM6446中集成了VPSS.視頻信號(hào)輸入到視頻處理前端（VPEE）后直接通過EDMA 方式送至DDR 中指定的空間存儲(chǔ)。當(dāng)VP5146轉(zhuǎn)換完一幀圖像，產(chǎn)生EDMA中斷信號(hào)，并在EDMA 中斷服務(wù)程序中由DSP子系統(tǒng)完成智能視頻分析的任務(wù)。視頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)處理后通過視頻后端（VPBE）放大經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳出，或者轉(zhuǎn)換成NTSL/PAL制式的電視信號(hào)傳輸?shù)诫娨晧Α?/P>

為了保證系統(tǒng)的魯棒性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了視頻自動(dòng)環(huán)出功能。在視頻服務(wù)器或智能視頻分析單元出現(xiàn)故障的情況下，視頻自動(dòng)環(huán)出能控制視頻雙通道切換，直接輸出前端的復(fù)合視頻信號(hào)。在故障的情況下不影響視頻信號(hào)的傳輸，保證信號(hào)的連續(xù)性，保證系統(tǒng)的魯棒性。