一、导言
运用嵌入式网络技能的监控体系是监控范畴最新的开展趋势，嵌入式网络监控体系是电子技能、计算机技能、通讯技能和主动化技能快速开展并彼此结合的高新技能产品，嵌入式网络技能改动以往的监控体系体系结构，满意了现代监控体系的可扩展性、分布式、实时性等，可广泛运用在电信、电力、交通、银行、水利、智能大厦等范畴。正是在这一布景下，本文规划了一种嵌入式网络化视频监控体系，该体系在32位高功用嵌入式处理器和专用视频紧缩芯片的硬件渠道上，选用MPEG-4编码技能，嵌入式Linux操作体系和流媒体技能进行规划。运用本体系能够进行网络数字化视频监控，具有体积小、图画质量安稳、远距离监控等长处，具有杰出的运用与开展前景。 本文从视频监控技能的开展前史和嵌入式体系的现状下手，剖析了嵌入式网络视频监控体系相关技能，对通用的嵌入式处理器和专用视频紧缩芯片进行了深化的研讨，给出了整个体系的规划计划和功用规划。根据上面的布景和对商场进行深化调查取证，研讨了现在盛行的嵌入式体系和MPEG-4专用视频紧缩芯片计划，在嵌入式体系方面确认了在AT91RM9200芯片上构建嵌入式Web服务器的解决计划。
二、体系的总体规划
整个网络视频监控体系选用C/S结构，从主体上分为两部分：服务器端和客户端。服务器端首要包括嵌入式处理器、摄像头及其他外围辅佐设备，一起还包括运转在嵌入式渠道上的收集、紧缩与传输程序；客户端则是一般PC机，经过它进行图画接纳与回放。网络视频监控体系的根本处理机理，即前端的视频监控服务器从现场的摄像头捕获实时的视频信息，紧缩处理后再经过以太网传输到远端的监控终端上。
体系的全体结构如图1所示，视频图画收集和打包发送在服务器端完结，图画的接纳与回放将在客户端完结。
图1、体系结构图
三、体系的硬件规划
体系选用模块化规划计划，首要包括以下几个模块：主操控器模块、存储电路模块、外围接口电路模块、电源和复位电路，如图2所示。
图2、体系硬件结构图
1、AT91RM9200主控器模块
主控器模块是整个体系的中心，选用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款根据ARM920T 核的32位微操控器。该处理器最高运转频率可到达200MPS，它的低功耗、精简和全静态规划特别适合于对本钱和功耗灵敏的运用。AT91RM9200供给了丰厚的片内资源，支撑Linux，是本体系的适宜挑选。它能完结整个体系的调度作业，在体系上电时装备一切需作业的芯片的功用寄存器，完结视频流的编码，并经过以太网操控器操控物理层芯片发送视频码流。
AT91RM9200微处理器最高主频为180 MHz，其双向、32位外部数据总线支撑8／16／32位数据宽度，26位地址总线能够对最大64 MB空间进行寻址。片内集成了非常丰厚的外围功用模块，包括内存办理单元（MMU）、内部包括16 KB的SRAM和128 KB的ROM，16 KB的数据缓存以及16 KB的指令缓存。其外部总线接口操控器（EBI），支撑SDRAM，静态存储器，Burst FLASH以及Compact FLASH。为了进步体系功用还扩展了以下外设；增强的时钟发生器与电源办理操控器（PMC）；体系定时器（ST）；实时时钟（RTC）；高档中止操控器（AIC）；4个32位PIO操控器；20通道的外设数据操控器（PDC）；10／100兆Base-T型以太网卡接口；4个通用同步／异步串行收发器（UASRT）以及JTAG／ICE接口等。
在体系中AT91RM9200需求1．8 V和3．3 V电源，别的，大部分外围器材需求3．3 V电源，小部分外围器材还需求5 V电源，假定输入电压为5 V直流稳压电源。为了得到牢靠的3．3 V电压，此处选用的电压转化芯片是NCPlll7ST33T3，它的输入电压为5 V，输出电压为3．3 V，最大输出电流为0．8 A。相同，为了得到牢靠的1．8 V电压，选用NCPlll7STl8T3，它的输入电压为5 V，输出电压为1．8 V，最大输出电流为0．8 A。因为3．3 V和1．8 V归于NCPlll7系列的2个固定输出电压，所以规划比较简略，只需求在电路中与芯片并联2个典型值为10 tlf、的滤波电容即可。
2、体系存储电路模块
主控器还需一些外围存储单元如Nor Flash和SDRAM。Nor Flash 中包括Linux 的Bootloader、体系内核、文件体系、运用程序以及环境变量和体系装备文件等等，一起还预留了一部分空间作为用户运用；SDRAM读写速度快，体系运转时把它作为内存单元运用。为充沛确保体系的可扩充性，体系规划选用了8M的Nor Flash和64M的SDRAM。
在网络视频监控体系的规划中，Flash用于寄存操作体系、文件体系和驱动程序等；SDRAM首要用作运转嵌入式操作体系、运用服务程序和暂时寄存视音频信息。Flash存储器选用的是Spansion的S29AL016D70TF。它是一个16 Mbit的Flash存储器，容量为2，097，152个字节；选用48脚TSOP封装和3．0V电源供电。S29AL016D70TF与Hi3510的接口衔接框图如图3所示。其间。CE#管脚为芯片使能输入，因为此Flash用于存储引导程序，故此引脚衔接EBICSlN#；OE#管脚为输出使能输入，衔接EBIOEN；RY／BY为预备或忙输出管脚，悬空。
图3 Flash存储器接口规划框图
SDRDM存储器选用的是Hynix的HY57V281620ET，它的容量位是16MB（4Banks×2M×16bits），单片数据宽度是16位，为了增大数据吞吐能力，选取两片SDRAM构成32位地址宽度，存储容量为32MB。HY57V281620ET的作业电压为3．3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口。支撑主动改写（Auto-Refresh）和自改写（Self-Refresh）。HY57V281620ET与Hi3510的接口衔接框图如图4所示。
图4 SDRDM存储器接口规划框图
3、视频收集模块规划
视频收集芯片选用Philips公司出产的SAA7113H，它是一款功用强大且操作简略的9位视频输入处理芯片，选用CMOS工艺，经过I2C总线与处理器或DSP衔接可方便地构成运用体系。它内部包括四路模仿处理通道，能够挑选视频信号源并可抗混叠滤波，一起还能够进行模数转化、主动箝位、主动增益操控（AGC）、时钟发生（CGC）、多制式解码，别的还能够对亮度、对比度和饱和度进行操控。设置SAA7113H芯片的作业时钟为24．576MHz，数据输出格局为4：2：2，帧频为25fps。视频收集芯片SAA7113H在上电后，并不是当即收集模仿视频信号进行A／D转化，它必须由Hi3510经过I2C总线对其内部寄存器进行初始化设置后，才干正常作业。视频收集芯片SAA7113H与Hi3510的接口衔接框图如图5所示。
图5视频收集电路原理框图
4、外围电路模块
本规划用到的外设有USB接口，网卡接口，串行接口和JTAG接口。一起为确保体系将来的可扩展性，体系还预留了PC104接口和很多的GPIO接口。AT91RM9200处理器的片内以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通讯。并且片内以太网卡内置了独立的双缓冲的读写DMA 通道，这样大大供给了数据的发送速度，一起不影响AT91RM9200 的正常运转。
为确保视频收集质量，监控体系选用了罗技等高端品牌的产品，然后摄像头经过专用的USB集线器与处理器单元的USB接口衔接。在实时监控状态下，各个摄像头上捕获的图画数据经过USB集线器传输到视频监控体系的USB主操控器模块上，然后再由USB主操控器模块交由AT91RM9200处理器会集处理。AT91RM9200对收集到的图画进行实时编码紧缩，编码之后的码流直接传输到发送缓冲区中，等候发送。最终由上层运用程序将处理后的视频数据经过以太网口进行发送。
四、软件计划
体系的运用软件建立在Linux操作体系之上，嵌入式Linux具有许多长处，如开放源码，功用强大的内核，支撑多用户、多线程、多进程、实时性好、功用强大安稳；巨细功用可定制等。本体系选用的嵌入式Linux体系是根据2.6.21的内核，支撑了内核抢占式调度，一起调度周期为1ms，因而大大确保了体系的实时性。此外，体系内嵌的嵌入式Linux体系完结了对一切硬件设备的驱动支撑，如根据Flash的文件体系、网卡驱动程序、USB驱动程序等等，彻底确保了体系的可用性。
在本体系中，软件规划可分为3部分：视频图画数据收集、图画数据的JPEG紧缩以及体系渠道的网络通讯。
1、视频图画数据收集的完结
首要加载USB摄像头驱动程序，接着就是编写一个对视频流收集的运用程序。摄像头中的各种I／O口的操控首要依托Vide04Linux供给的运用程序接口函数完结，首要有Open、Read、Write等。V4L下的视频收集1。在本体系中，将有关摄像头的各种数据和结构封装成了一个类，首要用到的一些体系调用函数界说如下：
open（“／dev／vide00”，O—RDWR）：设备的翻开。
close（fd）：设备的封闭。
mmap（void+addr，size—t len，int prot，int flags，int fd，off__t offset）：
设备缓冲区到内存空间的映射。
munmap（void*addr，size t len）：收集作业完毕后撤销mmap和mbuf的绑定。
ioctl（int Rl，jnt cmd．．．，）：操控I/O的通道。
2、Linux下图象数据的JPEG紧缩
因为视频信息数据量过大，因而必须在视频传输前对图画数据进行紧缩处理。在本体系中，摄像头收集过来的图画数据格局为RGB24，经过调用Linux下的Libjpeg库来完结视频数据的编码，把RGB24图画数据转化为JPEG格局。下面简述下整个紧缩处理进程：首要初始化JPEG紧缩的图片格局，调用jpeg_set—defauhs（&cmjpeg），接着初始化JPEG紧缩图片质量，经过jpeg_set—ratio（&cmjpeg，raTIo，7rURE）完结。
开端紧缩：jpeg_start—compress（&cmjpeg，TURE）；for（i–0，line–buf；ibuf 0。（（_dst_ptr）cmjpeg．dest）一》buffer，size）；
开释内存并毁掉cmjpeg变量：jpeg_destory_compress（&cmjpeg）
jpeg_buff_free（&emjpeg）；
最终回来return size；回来值size符号了缓冲区中视频数据的实践长度。
3、体系网络通讯的完结
本体系选用B／S（浏览器/服务器）形式的通讯构架。用户只需在长途客户机装置一个一般的浏览器软件，其他大部分作业由Web服务器完结。B／S形式开发的监控软件，降低了对体系软件的要求，避免了用户对客户端的装置和设置，完结了软件装置的简略化、自由化。
视频监控体系完结了对USB摄像头的驱动程序，这样上层视频收集程序能够直接经过规范的Video4Linux接口函数拜访USB摄像头设备，捕获实时的视频流，放入上层缓冲区，一起告诉上层服务器软件处理。
体系中内置了一个完好的根据网络的多用户视频服务器软件，这样当服务器软件监听到有网络客户衔接时，当即发动收集进程从缓冲区中把处理后的视频流数据读出，然后发送给相应的客户衔接。一起为了确保监控客户端的简略性与统一性，本体系中的客户端能够直接运用IE软件，即用户翻开PC端的IE软件后，直接在地址栏内输入需求拜访的设备IP地址或许域名，如192.168.0.5，此刻就能够在IE浏览器中显现当时的实时收集图画。
五、定论
本体系选用嵌入式Linux，操作体系和ARM核处理器的硬件渠道相结合，视频信号从前端图画收集设备输出时即为数字信号，以网络为传输前言，并根据世界通用的TCP／IP协议，运用流媒体技能完结视频信号在网络上的传输，构成了一个高质量、监控方法灵敏、牢靠性好和具有易于扩展架构的网络视频监控体系。ARM处理核和Linux。相结合，很好地表现了整个监控小型化、数字化、网络化、低功耗的长处。体系电路板现已成功装备和运转，调试结果表明，整个体系具有安稳牢靠、装置简洁、本钱低价等特色，可广泛运用在家庭、银行、超市、公共场所等。
