一种嵌入式网络视频监控系统的硬件设计(2)

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　　图5视频采集电路原理框图

　　4、外围电路模块

　　本设计用到的外设有USB接口，网卡接口，串行接口和JTAG接口。同时为保证系统将来的可扩展性，系统还预留了PC104接口和大量的GPIO接口。AT91RM9200处理器的片内以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通信。而且片内以太网卡内置了独立的双缓冲的读写DMA 通道，这样大大提供了数据的发送速度，同时不影响AT91RM9200 的正常运行。

　　为保证视频采集质量，监控系统选用了罗技等高端品牌的产品，然后摄像头通过专用的USB集线器与处理器单元的USB接口连接。在实时监控状态下，各个摄像头上捕获的图像数据通过USB集线器传输到视频监控系统的USB主控制器模块上，然后再由USB主控制器模块交由AT91RM9200处理器集中处理。AT91RM9200对采集到的图像进行实时编码压缩，编码之后的码流直接传输到发送缓冲区中，等候发送。最后由上层应用程序将处理后的视频数据通过以太网口进行发送。

　　四、软件方案

　　系统的应用软件建立在Linux操作系统之上，嵌入式Linux具有许多优点，如开放源码，功能强大的内核，支持多用户、多线程、多进程、实时性好、功能强大稳定;大小功能可定制等。本系统采用的嵌入式Linux系统是基于2.6.21的内核，支持了内核抢占式调度，同时调度周期为1ms，因此大大保证了系统的实时性。此外，系统内嵌的嵌入式Linux系统实现了对所有硬件设备的驱动支持，如基于Flash的文件系统、网卡驱动程序、USB驱动程序等等，完全保证了系统的可用性。

　　在本系统中，软件设计可分为3部分：视频图像数据采集、图像数据的JPEG压缩以及系统平台的网络通信。

　　1、视频图像数据采集的实现

　　首先加载USB摄像头驱动程序，接着就是编写一个对视频流采集的应用程序。摄像头中的各种I/O口的控制主要依靠Vide04Linux提供的应用程序接口函数实现，主要有Open、Read、Write等。V4L下的视频采集1。在本系统中，将有关摄像头的各种数据和结构封装成了一个类，主要用到的一些系统调用函数定义如下：

　　open(“/dev/vide00”，O—RDWR)：设备的打开。

　　close(fd)：设备的关闭。

　　mmap(void+addr，size—t len，int prot，int flags，int fd，off__t offset)：

　　设备缓冲区到内存空间的映射。

　　munmap(void*addr,size t len)：采集工作结束后取消mmap和mbuf的绑定。

　　ioctl(int Rl，jnt cmd...，)：控制I/O的通道。

　　2、Linux下图象数据的JPEG压缩

　　由于视频信息数据量过大，因此必须在视频传输前对图像数据进行压缩处理。在本系统中，摄像头采集过来的图像数据格式为RGB24，通过调用Linux下的Libjpeg库来实现视频数据的编码，把RGB24图像数据转换为JPEG格式。下面简述下整个压缩处理过程：首先初始化JPEG压缩的图片格式，调用jpeg_set—defauhs(&cmjpeg)，接着初始化JPEG压缩图片质量，通过jpeg_set—ratio(&cmjpeg，ratio，7rURE)实现。

　　开始压缩：jpeg_start—compress(&cmjpeg，TURE);for(i--0,line--buf;i<_height;i++，line+=_width*3)jpeg_write—seanlines(&cmjpeg，&line，1);

　　压缩完成：jpeg_finish—eompress(&cmjpeg);

　　将压缩得到的数据拷贝到jpeg数据变量中：

　　memepy(new一>buf 0。((_dst_ptr)cmjpeg.dest)一>buffer,size);

　　释放内存并销毁cmjpeg变量：jpeg_destory_compress(&cmjpeg)

　　jpeg_buff_free(&emjpeg);

　　最后返回return size;返回值size标记了缓冲区中视频数据的实际长度。

　　3、系统网络通讯的实现

　　本系统采用B/S(浏览器/服务器)模式的通信构架。用户只需在远程客户机安装一个普通的浏览器软件，其他大部分工作由Web服务器完成。B/S模式开发的监控软件，降低了对系统软件的要求，避免了用户对客户端的安装和设置，实现了软件安装的简单化、自由化。

　　视频监控系统实现了对USB摄像头的驱动程序，这样上层视频采集程序可以直接通过标准的Video4Linux接口函数访问USB摄像头设备，捕获实时的视频流，放入上层缓冲区，同时通知上层服务器软件处理。

　　系统中内置了一个完整的基于网络的多用户视频服务器软件，这样当服务器软件监听到有网络客户连接时，立即启动采集进程从缓冲区中把处理后的视频流数据读出，然后发送给相应的客户连接。同时为了保证监控客户端的简单性与统一性，本系统中的客户端可以直接使用IE软件，即用户打开PC端的IE软件后，直接在地址栏内输入需要访问的设备IP地址或者域名，如192.168.0.5，此时就可以在IE浏览器中显示当前的实时采集图像。

　　五、结论

　　本系统采用嵌入式Linux，操作系统和ARM核处理器的硬件平台相结合，视频信号从前端图像采集设备输出时即为数字信号，以网络为传输媒介，并基于国际通用的TCP/IP协议，使用流媒体技术实现视频信号在网络上的传输，构成了一个高质量、监控方式灵活、可靠性好和具有易于扩展架构的网络视频监控系统。ARM处理核和Linux。相结合，很好地体现了整个监控小型化、数字化、网络化、低功耗的优点。系统电路板现已成功配置和运行，调试结果表明，整个系统具有稳定可靠、安装简便、成本低廉等特点，可广泛使用在家庭、银行、超市、公共场所等。