作者/ 茅剑1,2 刘晋明1,2 张杰敏1 1.集美大学 计算机工程学院(福建 厦门 361021) 2.国防科学技能大学 电子科学与工程学院(湖南 长沙 410073)
摘要：本文针对电梯运转环境，规划了视频监控和广告播映一体化嵌入式体系，完结了电梯监控、视频播映、网络传输等功用。为下降产品化后的硬件本钱和体积，体系依据S5PV210嵌入式芯片开发以单CPU结构完结一切运用功用。为确保体系的运转功率，针对视频的收集、传输和播映，规划完结了硬件编解码技能。试验证明，运用该视频编解码技能，可使体系各功用模块高效并行作业，然后大大下降体系资源占用率，进步产品的市场竞争力。
导言
近年来，我国电梯安全事故频发，暴露出电梯运转保护中存在着许多问题。怎么从技能层面消除电梯运转的安全隐患，确保电梯的正常运转及乘坐人员的人身安全，是相关工程技能人员急需解决的问题。此外，因为电梯一般装置于公共场所，乘客具有适当的流动性，所以电梯也成为一个重要的广告投进前言。面临传统纸质广告投进更新功率低下的现状，运用信息化技能进步电梯广告的投进功率和作用，也是电梯广告业界的火急需求。依据上述评论，本文针对轿厢式电梯规划开发了一套嵌入式电梯长途安全监控及视频广告体系[1-2]。该体系依据三星公司的S5pv210芯片开发，完结了对电梯运转状况和轿厢进出人员的实时监控，以及针对电梯用户的视频广告播映。
1 体系规划
嵌入式电梯长途安全监控及视频广告体系的全体规划如图1所示。体系分为嵌入式前端模块和PC后端模块两大部分。嵌入式模块布置在电梯轿厢内，PC模块安放在楼宇的主控机房，二者经过IP网络互联，完结双向实时拜访。PC模块和嵌入式模块之间依据一对多联系规划，在主控机房的作业人员能够经过PC模块，一起拜访操控散布在不同电梯内的多个嵌入式模块。
1.1 嵌入式模块规划
嵌入式模块以S5pv210芯片为中心规划开发，移植Linux嵌入式操作体系内核，经过多种接口和外设通讯，完结对电梯状况的监控、轿厢内监控视频收集处理、广告播映等功用。S5pv210芯片支撑多接口联接，并内置多媒体处理内核，可支撑摄像头和多种视频格局的硬件编解码[3]。嵌入式模块各功用扼要介绍如下：
1.1.1 视频监控
视频监控子模块经过USB接口外接摄像头实时收集电梯轿厢内视频场景，记载电梯运转和人员进出的视频图画信息[4]。在该子模块中，规划完结了硬件编码技能，将监控视频以H.264格局进行实时紧缩处理，以进步视频的处理、传输和存储功率。视频依据记载时刻切割，实时存储到本地SD卡，并依据操控指令，经过IP网络上传至PC服务器。
1.1.2 运转状况监控
状况监控子模块经过RS232和RS485总线联接电梯操控箱，实时收集电梯运转状况数据，并以规则编码格局实时反应至PC服务器。电梯运转如有反常，操控室内作业人员可当即获取正告信息。
1.1.3 广告播映
广告播映子模块经过HDMI接口外接LCD显现屏，依据客户要求翻滚播映广告视频[5-6]。该子模块挑选Mplayer视频播映器，并用规划完结的硬件解码算法更新Mplayer源码，以改进视频播映功率。
1.1.4 网络通讯
考虑到电梯表里的施工环境杂乱，本体系在嵌入式中心板上集成了有线和无线两种IP网络接口。嵌入式模块能够经过有线和无线两种联接方法和PC模块坚持通讯。
1.2 PC模块规划
PC模块布置在PC服务器上，供给电梯监控体系相关的Web服务和数据库服务，完结用户可视化交互拜访[7-8]。PC模块经过IP网络和各嵌入式模块坚持实时通讯，完结对嵌入式模块的长途拜访和操控。因为嵌入式模块选用SD卡作为存储设备，存储容量有限，而监控视频需求长时刻保存，所以很多的视频数据均须在PC服务器上备份存储。视频依据录制时刻切割存储，可随时调取检查。
2 视频监控中的硬件编码技能
本文中所规划的嵌入式电梯长途安全监控及视频广告体系是市场化的晋级换代产品。相关于前代产品，本体系的长处在于选用了嵌入式单CPU规划，大大下降产品的出产和布置本钱。在下降硬件本钱的一起，还要确保体系的运转功率，就需求杰出的视频编解码功能支撑，因而，嵌入式硬件编解码技能成为体系开发的要害。
2.1 H.264视频格局
为了获取更高的图画紧缩比，然后进步视频的长途传输功率和本地存储功率，体系选用H.264作为电梯监控视频格局[9]。实时监控视频输出为CIF格局，分辨率352×288，帧率为25帧/秒，可调理码流。
因为体系要求对方针进行每天24小时不间断监控，并能追溯曩昔的视频记载，这就对视频的存储时长提出了较高的要求。在嵌入式设备存储容量必定的情况下，进步视频存储的紧缩比就成为最好的挑选。此外，体系需求实时传输监控画面至后台监控室，在网络带宽必定的前提下，也有必要经过进步视频紧缩比来确保传输功率。因而，本体系选用高紧缩比的YUV420视频格局，如图2所示。
YUV420格局对视频的亮度重量Y和色度重量U、V的采样比为4:1:1。相关于亮度重量Y而言，色度重量U、V运用隔行采样加距离采样的方法。也就是说，关于一帧画面，在存储每个像素的亮度值的一起，只留下奇数行中奇数列的色度值。
例如，对一个分辨率为W×H的视频帧，选用YUV420格局进行采样。帧中每个像素的亮度重量都被保存下来，即保存了W×H个Y值;可是只要四分之一像素的色度重量留下来，即保存了W×H/4个U和V值。界说亮度重量Y(m,n)，m和n表明对应像素在图画中所在的方位，m取值范围在0到H-1之间，n的取值范围在0到W-1之间。那么色度重量U(k)、V(k)所对应的像素方位联系为：
(1)
其间k的取值范围在0至H×W/4-1之间。
存储YUV420格局视频时，有两种存储格局：YV12和NV12，如图3和图4所示。两种存储格局占用的存储空间相同，存储进程中均将亮度重量和色度重量别离。关于一帧视频而言，二者都是先存储一切像素的Y重量数值，然后存储U、V重量数值。差异在于，YV12格局将U、V分块存储，先存储一切V重量数值，然后是U重量;而NV12格局则是将U、V重量替换存储，一个像素的U重量数值之后是该像素的V重量数值。
因为摄像头在收集监控视频时输出的视频格局是YV12，而S5pv210芯片履行硬件编码时所需求的是NV12格局输入，所以在硬件编码之前需求进行格局转化，将YV12格局的视频数据帧转为NV12格局。
2.2 依据S5pv210的硬件编码
本文的硬件编码首要是运用S5pv210芯片的多格局编解码技能(MFC)完结[10]，视频硬件编码的流程如图5所示。体系以视频帧为单位进行硬件编码，敞开S5pv210芯片的MFC之后，将视频数据帧次序读入。在读入榜首帧后，需求对编码参数进行初始化，初始化参数首要包括视频尺度和视频质量，其间的视频质量参数“FrameQp”赋值范围在0到51之间。本体系将视频质量参数置为30，经过试验测验，视频播映作用较好。初始化进程中，还需从首帧中获取视频文件头信息，并将其写入H.264文件。初始化后，其他视频帧顺次输入缓存，进行YV12至NV12的格局转化之后，由芯片履行硬件编码。相应的编码成果能够从输出缓冲中顺次取得，并写入H.264文件。经过循环履行帧编码指令，就可完结整个视频的硬件编码。
为了确保监控视频的实时传输和存储，视频的编码和传输几乎是一起进行的。当某一帧视频的编码完结之后，编码后的数据帧除了存入本地的H.264文件之外，还经过网络服务程序发送至长途PC服务器。PC服务器依据时刻戳，就能够将接纳的数据帧重建成视频文件，也能实时播映监控视频。经过测验，硬件编码的高功率履行很好地确保了视频监控的实时性，一起编码的高紧缩率也下降了体系的存储本钱。
3 视频播映中的硬件解码技能
为了在体系资源有限的嵌入式设备上一起完结视频收集、传输和播映，有必要对视频播映中解码技能进行优化[11-13]。经过解码优化，仅运用一个嵌入式芯片，就能在履行监控视频收集和传输的一起，确保广告视频的图画明晰、播映流通。
3.1 Mplayer
本文选用Mplayer作为体系的嵌入式多媒体播映器。Mplayer功用强大，可运转在不同体系结构上，能播映多种格局的视频文件，并支撑多种视频图画输出驱动。因为Mplayer是一款彻底开源的播映软件，因而能够很方便地依据需求修正其源码，完结视频解码器的优化。
Mplayer选用音视频数据分流的方法，对视频文件进行处理。Mplayer读入视频文件后，经过解析将文件分流为视频和音频两部分;然后依据文件格局挑选不同的解码器，别离进行音、视频解码;最终将解码后的音、视频同步输出[14-16]。本文只重视分流后的视频流数据，并依据体系芯片从头规划Mplayer的视频解码器，然后改进视频解码功能，优化视频播映。
3.2 依据S5pv210的硬件解码技能
与硬件编码方法相似，硬件解码也是依据S5pv210芯片的MFC规划完结的。解码进程相同以帧为单位进行，因而，在解码之前需求初始化帧参数，拓荒存储空间。视频数据从视频文件中读取之后，被拷贝到S5pv210的解码缓冲区，经过MFC解码后，将己解码的视频数据放入输出缓冲区中，最终驱动设备将视频显现到LCD屏幕上。视频硬件解码的流程如图6所示。
硬件解码完结之后，还需将其封装为Mplayer可调用的解码器。完结解码器的植入，有必要对Mplayer的作业原理和源码安排有着深化了解。向Mplayer植入编码器的要害步骤如下：
3.2.1 增加程序文件
首要，将完结的硬件解码器保存为.C文件，增加至libmpcodec 目录下。在这个源文件中需求完结两个要害的结构体： vd_info_t和vd_functions_t。vd_info_t界说了解码器的相关信息，包括五个字符串参数，都有必要填写。其间的第二个参数short name为界说的编码器名，需求和配置文件codec_conf中的driver坚持一致。 vd_functions_t界说了与解码有关的函数，经过info 的界说以及 LIBVD_EXTERN 的调用使解码器的vd_functions_t结构体在Mplaer大局收效。经过上述进程，然后完结 S5pv210硬解码完结和 Mplayer 调用接口之间的联接界说。
本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第35页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
