基于ARM 的数字视频监控系统的设计.pdf
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1、2008年09月74SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION1 引言图像与视频监控系统是应用计算机与通信技术实现对目标地区信息监控的系统,常应用于交通、能源、公安、电信、军事等部门。随着图像与视频监控系统的应用领域不断扩大,远程图像与视频监控系统应运而生,满足了远距离监控的要求。数字视频监控系统是以计算机或嵌入式系统为中心、视频处理技术为基础,是符合图像数据压缩的国际标准。综合利用图像传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。由于数字视频监控系统对视频图像进行了数字化,所以与传统的模拟监控系统相比,数字监控具有许多优点。数字化的视频系统可以
2、充分利用计算机的快速处理能力,对其进行压缩、分析、存储和显示。数字化视频处理技术提高了图像的质量与监控效率,使系统易于管理和维护。整个系统是模块化结构,体积小,易于安装、使用和维护。正是由于数字视频监控技术具有传统模拟监控技术无法比拟的优点,而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势,所以数字视频监控技术正在逐步取代模拟监控技术,广泛应用于各行各业。嵌入式系统以体积小、实时性强、性价比高、稳定性好等特点在社会的各个领域中得到了广泛应用。基于 A R M 嵌入式的数字化远程监控是基于现代通信技术的一种新应用。本设计是一种嵌入式系统,以 A R M 硬件平台为核心实现了对现场的实时监控
3、,并通过无线网络把视频图像传输到主机端,以实现分析、存储和显示等功能,与传统的模拟监控系统相比:它的组网成本大大降低,系统体积重量大大减小,运行维护更容易。2 监控系统方案介绍远程监控系统的网络结构设计直接影响到系统的性能,目前监控系统网络的实现大致有三种方案。分别介绍如下:2.1 采用代理服务器的方法代理服务器一般由 P C 来充当,一方面运行 T C P/I P 协议实现 I n t e r n e t 接入功能,另一方面通过简单总线结构(R S 2 3 2、R S 4 8 5 等)与嵌入式系统相连接,如图 1 所示。系统中只需要有一部分与代理服务器通信的代码即可。其优点是可以很方便地解决
4、设备上网的问题,开发难度低;缺点是接入成本比较高,不利于大规模推广。该方案比较适合大型或较昂贵工业设备的上网需求,不适合用于低价格的设备。基于 A R M 的数字视频监控系统的设计王琴,杨真摘 要:基于 ARM 嵌入式的数字化远程监控是基于现代通信技术的一种新应用。本文首先介绍了数字视频监控系统的一些基本知识;然后介绍了实现数字监控系统的三种可选方案,并对比这三种方案;再重点介绍了本设计中数字监控系统的硬件设计和软件设计;最后对该系统做出了总结。关键词:数字视频监控系统,嵌入式系统,ARM,MB86SO2图1 监控系统的代理服务器方案752008年09月SEMICONDUCTOR COMPON
5、ENTS APPLICATION2.2 通过直接在嵌入式处理器上实现 TCP/IP 协议来实现 Internet 接入功能这种方案没有使用操作系统,大大节省了资源。但是对处理器的性能要求较高,同时增加了开发的难度,技术实现上也比较困难,如图 2 所示。其中,V G A 接口是通过电阻网络实现 4 0 9 6 色彩色显示。与 S R A M 访问相关的寄存器有:S D R A M 控制寄存器、读地址低 1 6 位、读地址高 1 6 位、读出数据寄存器、写地址低 1 6 位、写地址高 1 6 位、写入数据寄存器;与 C M O S 图像采集有关的寄存器有:C M O S 采集控制寄存器、C M O
6、 S 采集状态寄存器。与 V G A 显示有关的寄存器是 V G A 显示控制寄存器。它具有以下特点:(1)实时性好,能满足数据采集和数据处理的实时性要求。(2)性价比高,在满足要求的情况下,系统成本应尽量低。(3)可控性好,能够实现远距离控制和数据传输。3.2 数据采集模块视频源信号来自于一个高集成度的 C M O S 数字图像传感器模块 M B 8 6 S 2 0,它是富士通的产品。M B 8 6 S 0 2 不但集成了 C M O S 图像传感阵列、自动增益信号放大器、模数转换器,还包括了色彩信号处理和微型镜头,包含了图像采集的所有前端处理,可以直接输出数字信号。模块的系统框图如图 4。
7、图 2 直接在嵌入式处理器上实现T C P/I P 协议方案图 3 A R M 视频监控开发平台图 4 MB 8 6 S 0 2 的系统框图MB 8 6 S 0 2 是基于 C MO S 工艺,使用有源像素的传感器,与传统的 C C D 传感器相比有如下不同点。2.3 采用一个基于 ARM Linux 的网络监控系统这种方案和第二种方案类似,但是它只用嵌入式 A R M L i n u x 操作系统,在操作系统上运行 T C P/I P 协议。目前大多数嵌入式操作系统都带有 T C P/I P 协议栈,降低了开发的难度,实现起来比较灵活。由于嵌入式操作系统的运行需要占用相当的处理器资源和存储器
8、空间,对硬件配置也有较高的要求。采用第三种方案,可以节省开发时间、缩短开发周期。监控系统一般都还要在控制现场配置一台工控机或高性能微机做服务器,用来存储中间数据,处理实时性要求较高的事件,响应监控终端的监控请求。3 监控系统硬件设计采用基于 A R M 嵌入式的网络监控系统,它采用 T C P/I P 网络协议标准,系统组网简单,传输数据量大,速度快,整个系统结构简单,尺寸微小、价格低廉。远程计算机可做到无需额外程序,通过 WE B 浏览器就能对设备进行检测,而且应用程序易于开发、实现信息的完整共享。在该系统中 A R M 负责程序控制和网络通信,图像和视频采集模块负责数据获取和处理。当数据或
9、命令数据传输过来,A R M 系统进行命令处理后,将命令数据传输或显示在 L C D 上,同时系统负责将处理的结果经过网络接口上传出去。系统接收到数据命令后,经过算法处理,驱动 D/A 输出或根据 A/D 输入进行数据处理,将结果传给 A R M。系统具有以下几个基本功能:数据采集、数据分析和处理、程序控制、网络传输。3.1 ARM 视频监控平台如图 3 所示为视频监控应用系统的开发平台。A R M 的系统扩展槽和设备扩展槽,用于为 A R M 系统添加如以太网接口、海口数据存储接口和 P C M C I A 等接口,或者用于其他的功能开发板,为 A R M 系统扩展了 C M O S 图像获
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