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基于ARM嵌入式处理器的数字视频监控系统的设计 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-3-20 10:42:14 字体：大 中 小 引言 图像与视频频监控系统是是应用计算机机与通信技术术实现对目标标地区信息监监控的系统，常常应用于交通通、能源、公公安、电信、军军事等部门。 随着图像与与视频监控系系统的应用领领域不断扩大大，远程图像像与视频监控控系统应运而而生，它满足足了远距离监监控的要求。数数字视频监控控系统是以计计算机或嵌入入式系统为中中心、视频处处理技术为基基础，是符合合图像数据压压缩的国际标标准。综合利利用图像传感感器、计算机机网络、自动动控制和人工工智能等技术术的一种新型型监控系统。由由于数字视频频监控系统对对视频图像进进行了数字化化，所以与传传统的模拟监监控系统相比比，数字监控控具有许多优优点。数字化化的视频系统统可以充分利利用计算机的的快速处理能能力，对其进进行压缩、分分析、存储和和显示。 数字化视频频处理技术提提高了图像的的质量与监控控效率，使系系统易于管理理和维护。整整个系统是模模块化结构，体体积小，易于于安装、使用用和维护。正正是由于数字字视频监控技技术具有传统统模拟监控技技术无法比拟拟的优点，而而且符合当前前信息社会中中数字化、网网络化和智能能化的发展趋趋势，所以数数字视频监控控技术正在逐逐步取代模拟拟监控技术，广广泛应用于各各行各业。嵌嵌入式系统以以体积小、实实时性强、性性价比高、稳稳定性好等特特点在社会的的各个领域中中得到了广泛泛应用。基于于ARM嵌入入式的数字化化远程监控是是基于现代通通信技术的一一种新应用。本本设计是一种种嵌入式系统统，以 ARRM硬件平台台为核心实现现了对现场的的实时监控，并并通过无线网网络把视频图图像传输到主主机端，以实实现分析、存存储和显示等等功能，与传传统的模拟监监控系统相比比：它的组网网成本大大降降低，系统体体积重量大大大减小，运行行维护更容易易。 1 监控系系统方案介绍绍 远程监控系系统的网络结结构设计直接接影响到系统统的性能，目目前监控系统统网络的实现现大致有三种种方案。分别别介绍如下： （1）采用用代理服务器器的方法 代理服务器器一般由PCC来充当，一一方面运行TTCP/IPP协议实现IInternnet接入功功能，另一方方面通过简单单总线结构（RRS232、RRS485等等）与嵌入式式系统相连接接。如图1所所以。系统中中只需要有一一部分与代理理服务器通信信的代码即可可。其优点是是可以很方便便地解决设备备上网的问题题，开发难度度低；缺点是是接入成本比比较高，不利利于大规模推推广。该方案案比较适合大大型或较昂贵贵工业设备的的上网需求，不不适合用于低低价格的设备备。 （2）通过过直接在嵌入入式处理器上上实现TCPP/IP协议议来实现Innterneet接入功能能这种方案没没有使用操作作系统，大大大节省了资源源，但是对处处理器的性能能要求较高，同同时增加了开开发的难度，技技术实现上也也比较困难。如如图2所示。 （3）采用用一个基于AARM Liinux 的的网络监控系系统 这种方案和和第二种方案案类似，但是是它只用嵌入入式ARM Linuxx 操作系统统，在操作系系统上运行TTCP/IPP 协议。目目前大多数嵌嵌入式操作系系统都带有TTCP/IPP协议栈，这这降低了开发发的难度，实实现起来比较较灵活。由于于嵌入式操作作系统的运行行需要占用相相当的处理器器资源和存储储器空间，对对硬件配置也也有较高的要要求。采用第第三种方案，可可以节省开发发时间、缩短短开发周期。监监控系统一般般都还要在控控制现场配置置一台工控机机或高性能微微机做服务器器，用来存储储中间数据，处处理实时性要要求较高的事事件，响应监监控终端的监监控请求。 2 监控系系统硬件设计计 采用基于AARM嵌入式式的网络监控控系统，它采采用TCP/IP网络协协议标准，系系统组网简单单，传输数据据量大，速度度快，整个系系统结构简单单。尺寸微小小、价格低廉廉。远程计算算机可做到无无需额外程序序，通过WEEB浏览器就就能对设备进进行检测，而而且应用程序序易于开发、实实现信息的完完整共享。在在该系统中AARM负责程程序控制和网网络通信，图图像和视频采采集模块负责责数据获取和和处理。当数数据或命令数数据传输过来来后，ARMM系统进行命命令处理后，将将命令数据传传输或显示在在LCD上，同同时系统负责责将处理的结结果经过网络络接口上传出出去。系统接接收到数据命命令后，经过过算法处理后后，驱动D/A输出或根根据A/D输输入进行数据据处理后，将将结果传给AARM。系统统具有以下几几个基本功能能：数据采集集、数据分析析和处理、程程序控制、网网络传输。 2.1 AARM视频监监控平台 如图3所示示为视频监控控应用系统的的开发平台。AARM的系统统扩展槽和设设备扩展槽，用用于为ARMM系统添加如如以太网接口口、海口数据据存储接口和和PCMCIIA等接口，或或者用于其他他的功能开发发板，为ARRM系统扩展展了CMOSS图像获取功功能和VGAA显示功能。 其中，VGGA接口是通通过电阻网络络实现40996色彩色显显示。与SRRAM访问相相关的寄存器器有：SDRRAM控制寄寄存器、读地地址低16位位、读地址高高16位、读读出数据寄存存器、写地址址低16位、写写地址高166位、写入数数据寄存器；与CMOSS图像采集有有关的寄存器器有CMOSS采集控制寄寄存器、CMMOS采集状状态寄存器；与VGA显显示有关的寄寄存器是VGGA显示控制制寄存器。它它具有以下特特点： （1）实时时性好，能满满足数据采集集和数据处理理的实时性要要求。 （2）性价价比高，在满满足要求的情情况下，系统统成本应尽量量低。 （3）可控控性好，能够够实现远距离离控制和数据据传输。 2.2数据据采集模块 视频源信号号来自于一个个高集成度的的CMOS数数字图像传感感器模块MBB86S200，它是富士士通的产品。MMB86S002不但集成成了CMOSS图像传感阵阵列、自动增增益信号放大大器、模数转转换器，还包包括了色彩信信号处理和微微型镜头，包包含了图像采采集的所有前前端处理，可可以直接输出出数字信号。模模块的系统框框图如图4。 MB86SS02是基于于CMOS工工艺，使用有有源像素的传传感器，与传传统的CCDD传感器相比比有如下不同同点。 （1）成像像过程 ccd和ccmos使用用相同的光敏敏材料，因而而受光后产生生电子的基本本原理相同，但但是读取过程程不同：cccd是在同步步信号和时钟钟信号的配合合下以帧或行行的方式转移移，整个电路路非常复杂，读读出速率慢；cmos 则以类似 dram的的方式读出信信号，电路简简单，读出速速率高。 （2）集成成度 采用特殊技技术的ccdd读出电路比比较复杂，很很难将a/dd转换、信号号处理、自动动增益控制、精精密放大和存存储功能集成成到一块芯片片上，一般需需要 388 个芯片组组合实现，同同时还需要一一个多通道非非标准供电电电压。借助于于大规模集成成制造工艺，ccmos图像像传感器能非非常容易地把把上述功能集集成到单一芯芯片上，多数数cmos图图像传感器同同时具有模拟拟和数字输出出信号。 （3）电源源、功耗和体体积 ccd需多多种电源供电电，功耗较大大，体积也比比较大。cmmos只需一一个单电源(3v5 v)供电，其其功耗相当于于ccd的11/10，高高度集成cmmos芯片可可以做的相当当小。 （44）性能指标标 ccd技术术已经相当成成熟，而 ccmos正处处于蓬勃发展展时期，虽然然目前高端ccmos图像像质量暂时不不如ccd，但但有些指标（如如传输速率等等方面）已超超过ccd。由由于cmoss具有诸多优优点，国内外外许多机构已已经应用cmmos图像传传感器开发出出众多产品。本本文主要介绍绍已商品化的的cmos图图像传感器的的发展现状以以及最新发展展动态，希望望对下游产品品的开发有所所帮助 CMOSS技术的最大大优点是每一一个像素单元元可以集成一一个或多个晶晶体管，这样样就具有了低低功耗和小型型化的优点，非非常适用于手手持设备，可可以降低系统统功耗、体积积，提高电池池效率；它的的高度集成性性大大简化了了图像应用系系统的设计。 MB86SS02的主要要特性如下： l/7英英寸图像传感感器，有效像像素为3522×288共111万像素； 超低功耗330mW115fps； 输出8位CCMOS电平平并行数字信信号，YCbbCr4222或YUV4422格式； 色彩信号处处理包括：自自动增益、自自动曝光、自自动白平衡、GGamma校校正等； 寄存器设置置通过标准II2C串行接接口； 支持CIFF(352××288)QQCIF(1176×144)格格式； CCIR6656标准头头输出； 抗闪烁功能能； 低功耗模式式； 掉电模式功功耗3w； 嵌入式处理理器通过与MMB86S002 CMOOS图像模块块的连接，读读取图像数据据后通过同步步SRAM接接口存储在外外部高速SRRAM中，然然后还可以由由UART模模块或RTLL8019模模块把已经存存储的图像数数据发送到PPC，最后PPC上的接收收程序将显示示接收的图像像。通过调试试板上的按键键可以选择采采集图像、地地址复位、串串口发送、网网口发送这几几种功能。 3 监控系系统软件设计计 如图5所示示是ARM主主程序流程图图。ARM处处理器获取图图像信息，执执行压缩程序序，压缩后的的文件通过公公共电话线路路传递到监控控主机端。由由于系统采用用相同的图像像分辨率和常常量表，所以以文件头都相相同。为了减减少传输数据据量，不传送送文件头，文文件头在监控控主机端由软软件自动添加加。 本系统还使使用调制解调调器通过公共共电话网来简简历远程数据据连接，在远远程图像监控控终端处的调调制解调器处处于待命状态态，它使用“ATS0=3&D0WW&W1”命令设置为为自动应答方方式，在3次次振铃后自动动摘机，经历历“数据风暴”以后与主叫叫方建立连接接。监控中心心的调制解调调器由监控软软件控制拨号号建立连接或或者挂断连接接。 数据连接建建立好后ARRM会收到“CONNEECT”字符串，表表明通信线路路连接成功，此此时就可以像像使用普通串串口一样使用用调制解调器器建立的远程程数据连接。AARM接收到到从监控中心心发来的采集集命令后，依依次完成图像像采集、压缩缩处理，然后后通过串口以以ASCIII码形式直接接发送图像数数据到监控中中心，完成一一次操作后等等待下一个采采集命令。 在应用中需需要从MODDEM接收图图像数据，并并将它加上文文件头以标准准JPEG图图像或MPEEG视频格式式存储于本地地硬盘上。在在对话框相应应位置还要显显示出刚接收收的图像，这这就需要相应应的解码程序序，可以不需需要自己编写写，Winddows操作作系统包含对对JPEG或或MPEG格格式的支持。MMsCOMMM控件是Miicrosooft 通信信控制器6.0，它包含含在VC 66.0中。通通过MsCOOMM控件可可以方便地访访问PC的串串行通信口。对对MODEMM的访问是通通过串口实现现的，外置的的MODEMM通过真正的的PC串口连连接，内置的的MODEMM则通过一个个虚拟串口来来进行控制。 4 结束语语 视频监控技技术在政治、经经济、军事、文文化设施的安安全防范中有有着举足轻重重的作用，随随着多媒体和和计算机网络络技术的发展展，视频监控控系统经历了了模拟监控和和数字监控的的发展阶段，目目前已到了网网络数字视频频监控阶段。基基于ARM处处理器的低成成本数字化远远程图像监控控系统，是一一个高可靠性性、高效率的的用于嵌入式式系统开发的的软件、硬件件工作平台，它它使用集成数数字化视频采采集模块，直直接获得数字字化影像信号号；图像压缩缩不使用专用用的压缩芯片片，而是在高高速处理器内内部由压缩软软件实现；最最后打包经由由公共电话网网发送。 本文着重重从ARM嵌嵌入式图像视视频监控应用用开发和流程程给出了解决决方案，建立立了低开发成成本与方便易易使用的嵌入入式图像视频频系统。使用用ARM嵌入入式处理器和和Linuxx操作系统，开开发出可实际际应用的远程程视频监控系系统，适用于于低分辨率、低低成本、长距距离的监控应应用。它的特特点和优点主主要有： 构建了ARRM嵌入式处处理器开发平平台，提出了了嵌入式系统统的低成本开开发流程。 前端使用便便宜的一体化化高集成度数数字化视频采采集 模块，简简化了系统前前端的设计，大大大降低了前前端成本。 编写简单的的嵌入式操作作系统程序，动动态加载应用用程序，加快快其执行速度度。 信号处理使使用由高速、高高性能的ARRM处理器构构建的嵌入式式系统，通过过软件来实现现图像压缩。 来源：htttp:/www.jjdzj.ccom机电电之家·机电行业电电子商务平台台！