基于ARM和DSP的远程视频监控系统的设计与实现.pdf
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1、-2 8-2 0 0 6 1 2一、引言随着视频编解码技术、计算机网络技术、数字信号处理技术和嵌入式系统的发展,以嵌入式网络视频服务器为核心的远程视频监控系统开始在市场上崭露头角。该系统把摄像机输出的模拟视频信号通过内置的嵌入式视频编码器直接转换成视频流,通过计算机网络传输出去。嵌入式网络视频服务器具备视频编码处理、网络通信、系统控制等强大功能,直接支持网络视频传输和网络管理,使得监控范围达到前所未有的广度。目前,嵌入式网络视频服务器的解决方案主要有以下几种:(1)视频采集芯片+D S P 处理器。该方案中由视频采集芯片完成图像的预处理,由D S P 完成图像的存储、基于M P E G-4、H
2、.2 6 3 或M-J P E G 标准的图像压缩、网络传输。文献 1 提出了基于A D S P-B F 5 3 2 的嵌入式网络视频服务器方案,文献 2 提出了基于T M S 3 2 0 D S C 2 1 的嵌入式网络摄像机 3 的方案。该方案的主要缺点是控制不够灵活,由于D S P 通常没有强大的操作系统,功能单一,不适合做系统控制。(2)视频采集芯片+图像压缩芯片+嵌入式处理器。文献 4 提出了一种采用P h i l i p s 公司的视频解码芯片S S A A 7 1 1 4 H 进行图像采集、采用I n t i m e 公司的M P E G-4 编码芯片I M E 6 4 0 0
3、进行图像压缩、摩托罗拉公司的嵌入式处理器M C F 5 3 0 7 组成嵌入式视频监控服务器方案。该方案的主要缺点是缺乏强大的图像处理能力,整个系统软件必须运行于C L i n u x 之上,系统成本较高。(3)A R M嵌入式处理器+D S P 处理器。现在已有一些基于A R M和D S P 的嵌入式视频监控方案,文献 5 提出一种采用A n a l o g D e v i c e s 公司的B F 5 3 3 实现M P E G-4 标准的图像压缩、以I n t e l 公司的X s c a l e P X A 2 6 1 作为控制的嵌入式视频监控系统。文献6 提出了一种采用S A A 7
4、 1 1 4 A 进行图像采集、采用T M S 3 2 0 C 6 2 0 2 B 进行M J P E G 2 0 0 0 标准的图像压缩、以嵌入式A R M芯片S 3 C 4 5 1 0 进行系统控制和网络传输的嵌入式网络视频服务器方案。该方案的主要缺点是:由于要使用A R M芯片对D S P 的寄存器进行操作,设计、调试、使用较困难,整个系统软件必须运行于C L i n u x 之上,系统成本偏高。与现有的嵌入式网络视频服务器的解决方案不同的是:(1)本文设计的体系结构将硬件划分为两大模块,即系统控制模块和图像处理模块。两个模块不是通过共用一部分存储器的方式进行通信,而是通过连接对应引脚的
5、直通方式进行通信,符合模块化的设计原则,设计、调试更加容易,使用更方便。(2)为缩短系统开发周期,提高系统的可靠性,本系统未使用基于A R M和D S P 的远程视频监控系统的设计与实现肖政宏韩秋凤朱丽群(湖南文理学院计算机科学与技术系,湖南常德,4 1 5 0 0 0)【摘要】【关键词】本文提出了一种基于A RM 和DS P 的远程视频监控系统的体系结构,该体系结构将硬件分为两大模块,以P h i l i p s L P C 2 1 1 4 为中央处理器的系统控制模块主要完成系统的控制功能,以B l a c k f i n A DS P-B F 5 3 3 为中央处理器的图像处理模块主要完成
6、MP E G-4 视频流的压缩及自适应网络传输。本文还介绍了嵌入式网络视频服务器和远程控制平台的软件设计与实现。通过自定义协议,系统实现了数据的可靠传输和MP E G-4 视频流图像的平滑传输,各项指标均符合设计要求。远程视频监控A RMDS P MP E G-4 自定义协议设 计 与 实 现2 0 0 6 1 2-2 9-嵌入式C L i n u x 操作系统,而是通过自定义电话号码协议、切换协议、报警协议及精简的T C P/I P 协议等,系统实现了数据的可靠传输和M P E G-4 视频流图像的平滑传输。(3)系统设计了来电显示功能,远程端通过接收F S K 或D T M F拨号信令的方
7、式唤醒前端主机上线,前端嵌入式网络视频服务器不需申请固定的I P 地址。与其它嵌入式视频服务器方案相比,系统功能更加强大,使用更加方便,更加节省成本。系统总体结构如图1 所示。嵌入式远程视频监控系统由前端、服务器组和控制中心三层组成:(1)前端负责信息的采集,包含的设 备 有 摄 像 机、云 台、嵌 入 式 网 络 视 频 服 务 器(E N V S)。(2)服务器分为目录服务器和服务器。服务器接受目录服务器的管理,同时管理前端各视频服务器并向第三层提供视频信息和报警信息;目录服务器负责对第三层用户进行授权管理。(3)控制中心用于监控中心连接的视音频、集中接警和设备巡检。虽然D S P 具备非
8、常灵活的编程运算能力,并能针对不同的编码标准采用不同的编码软件完成视频图像的压缩,但它不适合作系统控制。因为D S P 通常没有强大的操作系统、完备的网络协议栈和可靠的文件系统,而且D S P 架构在作控制指令时无法进行并行处理和分支判断,而这些正好是A R M 处理器的强项。本文中,远程视频监控系统的设计采用A R M与D S P 相结合的方式来发挥两种处理器的优势,以获得最高的性能。其中,A R M 处理器完成系统控制和系统协议转换;D S P 处理器完成视频数据的压缩及视频流的网络传输,两个处理器之间通过对应引脚直通的方式进行通信。系统控制模块如图2 所示,该模块采用的主芯片是P h i
9、 l i p s 公司的L P C 2 1 1 4,该芯片支持实时仿真和跟踪。由于L P C 2 1 1 4 非常小的6 4 脚封装且内置了宽范围的串行通信接口,非常适合通信网关、协议转换器、嵌入式软件、调制解调器以及其它各种类型的应用。我们既可在此款芯片上移植嵌入式操作系统,也可以直接启动代码运行应用程序。其外围电路主要有:具有数字解码和滤波功能的双音多频(D T M F)信号接收芯片H T 9 1 7 0,该芯片利用数字计数的方法对1 6 种D T M F 输入进行解码,并产生4 b i t 的解码输出;支持频移键控的F S K 解码芯片M T 8 8 E 3 9,该芯片为1 6 P i
10、n S O I C 封装,当检测到有效振铃信号后,从M T 8 8 E 3 9 第1 0 脚D A T A 获取有效的号码数据;用作外部存储的E 2 P R O M芯片;一个1 2 8/2 5 6 K B 的片内F L A S H 存储器系统,一个1 6 K B 的片内S R A M。系 统 控制模块完成的主要功能有振铃监测、数据转发、来电识别、电话号码存储、时钟同步、系统控制等。视频压缩处理模块如图3 所示,它包括视频输入模块、视频压缩模块、视频传输模块、外部存储模块、仿真调试接口(J T A G)模块以及电源模块。视频输入模块选用P h i l i p s 公司的视频A/D 芯片S A A
11、 7 1 1 3,该芯片将C C D 摄像头输入的模拟信号转换为数字信号;D S P 视频硬件压缩子模块以美国A n a l o g D e v i c e s 公司最新推出的D S P 处理器B l a c k f i n B F 5 3 3 为核心,实现M P E G-4 视频数据的压缩,其片内有B l a c k f i n 处理器核,主频高达6 0 0 MH z,完全适合M P E G 4 等复杂音视频的压缩运算;视频传输模块选用网络控制器芯片 R T L 8 0 1 9,它的主要功能是完成 B F 5 3 3 输 出 的M P E G-4 视 频 流 7 8 二、嵌入式远程视频监控系
12、统的体系结构三、系统硬件设计1、系统控制板硬件设计2、视频处理板硬件设计S R A MEP R O M2R S 2 3 2p h i l i p sL P C 2 1 1 4F L A S HH T 9 1 7 0MT 8 8 F 3 9图2系统控制模块框图图3视频处理模块框图S D R A MV i c h e c A/DA i c h e c A/DB l a c l d i nA D S P-B F 5 3 3F L A S HR T I 8 0 1 9C P L D设计与实现图1系统总体结构图E R N S SE N V SE N V SE N V S第一层第二层第三层网络目录服务器
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- 基于 ARM DSP 远程 视频 监控 系统 设计 实现
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