基于嵌入式技术的视频监控系统的设计

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:365

随着电子技术、网络通信技术和应用的快速发展，视频和音频数字压缩传输、存储已成为现实。数字视频和音频的一个重要应用领域是远程监控。即在一些重要场所或无人值守的地方，放置摄像头和麦克风，将视频和音频的数字压缩信号通过网络传输到远程的pc机，以供实时监控或存储、查询、回放。目前在中国应用较多的数字图像和声音的传输系统都是基于工控机和pc机。即监控现场采用工业控制计算机，在工控机上插入图像和声音的数字化专用卡，通过普通网卡，在通用的计算机操作系统上可方便实现图像和声音的数字网络传输。基于工控机的方案，成本较高，但软硬件开发、系统集成较方便。

为了大幅度降低成本，使远程数字视频音频监控应用更加普及，目前国内外的发展趋势是使用嵌入式系统。即采用专用微处理器、图像声音的数字化芯片、数据压缩芯片及网络接口芯片等，按照特定的功能需求开发出最小应用单板系统。这样，系统功能没有任何浪费，可大幅度降低成本。而且，由于软件都是固化在单板内的flash rom中，系统更加可靠。

１系统总体结构和功能概述

由于嵌入式系统具有上述的种种优点，笔者最新开发了一套基于嵌入式技术的多媒体远程监控管理系统。

该系统采用目前流行的tcp/ip网络协议，视频编码基于h.263协议--低比特率视频通信编码算法 音频编码基于g.723协议--低比特率音频通信编码算法。它们可以在网络带宽很低的环境，甚至是电话线上进行图像和声音的传输。

整个系统主要由三部分组成：前端机、监控中心和客户端，其具体架构如图１所示。

前端机是一块嵌入式系统的印刷电路板它的主要功能如下：

· 四路模拟视频信号输入，可任意选择一路进行采样和压缩编码；

· 一路音频信号的编码与解码；

· 通过局域网向监控中心传送视频编码数据和音频编码数据，并接收监控中心传送的音频编码数据；

· 通过ｒｓ－２３２接口向摄像头的云台控制器发出控制指令；

· 通过ｅｐｌｄ的并行口接收用户报警信号，并通过局域网传送到监控中心。

监控中心是整个视频监控系统的中枢，它的主要功能如下：

· 通过局域网向前端机发送用户控制指令，如前端机的选择、视频通道的选择、调节图像参数包括帧速率、码流量的大小、色度、亮度、饱和度和对比度　、声音编码音量的大小等；

· 接收多路前端机的视频编码数据，保存在本地硬盘上，同时进行解码，并显示多路解码图像；

· 向远程用户转发当前视频编码数据，或者传送存盘图像数据。

客户端是提供一个用户操作的界面。本地用户可以直接在监控中心的服务器上使用；而远程用户则有另一套操作界面可使用的功能比本地用户少，但是它可以让异地用户通过ｉｎｔｅｒｎｅｔ或者电话线获得本地的视频信息。

该系统还具有很好的扩展性能。对于几百甚至上千个监控点的大型监控场所，可以采用多级级联的方式，即在前端机和监控中心之间，加上一级或者多级区域服务器，每个区域服务器可以管理十几至几十个监控点，他们分担监控中心的工作，并接受监控中心的控制。

２前端机的硬件设计与各模块的功能

本嵌入式视频监控系统的硬件开发工作主要集中在嵌入式前端机的硬件设计和调试上。

前端机是一个嵌入式系统，硬件结构比较复杂，其总体结构如图２所示。主要包含嵌入式ｃｐｕ、ｅｐｌｄ、视频模数转换芯片、视频压缩编码芯片、音频编码解码芯片、音频模数与数模转换芯片、以太网控制器、数据缓冲存储器、网络收发器、ｆｌａｓｈｒｏｍ、ｒａｍ、多种电源芯片和时钟芯片等。这些芯片按照各自的功能分别组合，构成了几大模块，它们分别是：ｃｐｕ模块、电源时钟模块、控制模块、视频采集编码模块、音频采集编解码及模拟输入输出模块和网络模块。

ｃｐｕ模块是所有硬件模块的核心，主要包括嵌入式ｃｐｕ芯片，两片ｒａｍ和两片ｆｌａｓｈｒｏｍ。一片ｆｌａｓｈｒｏｍ存放了整个硬件的监视系统，也叫ｒｏｍｍｏｎｉｔｏｒ。当系统上电后，ｃｐｕ从中调入程序进行整个系统硬件的自检和初始化配置，并为用户提供一个简单操作环境。当系统发生故障时，可以通过它来读取ｃｐｕ主要寄存器的状态，从而找出故障原因。另一片ｆｌａｓｈｒｏｍ用来存放用户的应用程序。当整个系统通过自检后ｃｐｕ将用户的应用程序读入ｒａｍ中执行。ｃｐｕ通过ｐｃｉ总线与视频压缩编码芯片与