基于ARM的智能小區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

代治國(guó)，李興霞

（佳木斯大學(xué) 黑龍江 佳木斯 154007）

隨著嵌入式技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活和居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，安全舒適、便捷智能化和自動(dòng)化為理想目標(biāo)。特別是對(duì)家居的安全要求越來(lái)越重視，常規(guī)技術(shù)是圖像獲取后進(jìn)行記錄分析再做決策，缺乏時(shí)效性，這種技術(shù)產(chǎn)品已不能滿足當(dāng)前的應(yīng)用需求。本系統(tǒng)是將用戶3G手機(jī)和小區(qū)監(jiān)控聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用戶通過隨身攜帶的3G手機(jī)能及時(shí)獲取家庭入侵者的圖像，采用了智能視頻識(shí)別技術(shù)，在事件發(fā)生之前能識(shí)別和判斷出可疑的行為[1]，并將圖像通過3G無(wú)線系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接脩羰謾C(jī)上，同時(shí)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控智能化、快速化的實(shí)時(shí)監(jiān)控目的。本系統(tǒng)采用ARM11作為控制芯片，與遠(yuǎn)程用戶采用3G無(wú)線技術(shù)的通信方式，與小區(qū)監(jiān)控中心采用內(nèi)部局域網(wǎng)的通信方式，本文提出了基于ARM的智能小區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)

基于ARM的智能小區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分是利用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)是把有線通信方式和無(wú)線通信方式集成于嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中[2]，用戶通過智能3G手機(jī)查看家中入侵者的圖像并保存；實(shí)現(xiàn)3G手機(jī)用戶能隨時(shí)隨地便捷的使用手機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)控的功能。該系統(tǒng)帶有觸摸式液晶顯示屏，管理員通過液晶顯示屏設(shè)定系統(tǒng)所需要的各項(xiàng)參數(shù)，管理員可以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置訪問權(quán)限，登記被授權(quán)用戶數(shù)據(jù)信息和關(guān)鍵點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)和查看操作功能。

每戶都有一個(gè)基于ARM的視頻監(jiān)控器，通過小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)連入監(jiān)控中心，同時(shí)，每戶的單片機(jī)通過3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與用戶連接。嵌入式監(jiān)控終端設(shè)備，用于采集室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備，將設(shè)備安裝在室內(nèi)，設(shè)備根據(jù)室內(nèi)采集到的視頻流的改變，來(lái)決定是否要啟用該系統(tǒng)；當(dāng)有入侵者時(shí)啟用該系統(tǒng)，否者，監(jiān)控中心是不能查看用戶室內(nèi)視頻的。因此，當(dāng)有入侵者時(shí)，通過3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)通過內(nèi)部局域網(wǎng)將入侵者的圖像傳入監(jiān)控中心。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall design of the system structure

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式微處理器

本系統(tǒng)選用32位RISC微處理器S3C6410嵌入式系統(tǒng)控制芯片，該芯片采用64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，包括多格式編解碼器、硬件加速器、視頻處理器等在內(nèi)的豐富硬件資源，支持TFT24BitLCD顯示屏，顯示輸出接口支持RGB接口，顯示器可以接收來(lái)自Carema，F(xiàn)rameBuffer和其他模塊的圖像數(shù)據(jù)，可以對(duì)不同的圖像進(jìn)行Overlay操作，并輸出到不同的接口[3]，比如LCD。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Block diagram of hardware

2.2 以太網(wǎng)控制模塊

S3C6410搭載 DM9000網(wǎng)卡芯片，10/100Mbps以太網(wǎng)口，RJ45接口，把DM9000模塊與s3c6410連接，進(jìn)行DM9000模塊的初始化并獲取網(wǎng)卡的參數(shù)，驅(qū)動(dòng)模塊加載時(shí)，通過net_dev（）函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)模塊初始化，再通過指針函數(shù)hader（）建立硬件數(shù)據(jù)幀頭信息，通過接口函數(shù)完成數(shù)據(jù)包發(fā)送，其設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)包接受產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)[4]，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序收到中斷信號(hào)后調(diào)用接收程序來(lái)處理數(shù)據(jù)包的接收，通過sc_buff（）函數(shù)讀取收到的數(shù)據(jù)，傳送到網(wǎng)絡(luò)上層應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。

圖3 DM9000驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)Fig.3 Driver design of DM9000

2.3 無(wú)線模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)視頻數(shù)據(jù)傳輸部分采用的是3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此，這里選用的是3G模塊。3G模塊的主要功能是將要傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)通過無(wú)線信道發(fā)送到基站。選用的是中興的3G模塊作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。具有語(yǔ)音、短信和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，可以廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)圖像等領(lǐng)域。

配合MC8630C無(wú)線傳輸模塊，通過AT命令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行UDP打包，將視頻包數(shù)據(jù)發(fā)送到3G網(wǎng)絡(luò)上，然后再通過3G模塊將視頻數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)侥康闹悄苁謾C(jī)終端處。

3 圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.1 boa服務(wù)器移植

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中選用了Boa Web服務(wù)器，并進(jìn)行移植。下載Boa服務(wù)器源代碼boa-0.94.13.tar.gz，并將其解縮在/boa src/目錄下[5]。

3.2 移植視頻服務(wù)器

3.3 Socket網(wǎng)絡(luò)編程

發(fā)送端綁定一個(gè)端口，用于傳輸視頻，程序啟動(dòng)后通過Linux的socket編程與上位機(jī)接收端建立TCP/IP連接，并開放端口等待接收端的連接，雙方建立通信信道后開始發(fā)送視頻數(shù)據(jù)流到客戶端。主要步驟為：

3.4 圖像傳輸?shù)能浖?shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用基于TCP/IP協(xié)議的Socket網(wǎng)絡(luò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的，當(dāng)程序初始化完成以后，系統(tǒng)一直處于循環(huán)等待狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)前幀與緩存幀像素灰度值差值超過一個(gè)給定α值時(shí)，則認(rèn)為有入侵物存在，這時(shí)程序從本地硬盤或者FLASH中得到圖像數(shù)據(jù)，然后通過一定的格式發(fā)送到給客戶端。本系統(tǒng)視頻編解碼采用的是動(dòng)態(tài)JPEG（M一JPEG）標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)512 MHz的主流智能手機(jī)能達(dá)到 5～8 fps的幀率（帶寬 320～512 kbps），而 624 MHz的主流智能手機(jī)更可達(dá)到 8～12 fps的幀率（帶寬 512～768 kbps），均能很好地滿足視頻監(jiān)控的需求[6]。程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖Fig.4 Flow chart of the program

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)基于ARM11內(nèi)核的S3C6410作為核心處理器，采用USB攝像頭實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過圖像幀數(shù)的改變，判斷是否有入侵者。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入有兩種方式一種是采用3 G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)圖像信息的傳送；手機(jī)終端設(shè)備無(wú)需安裝任何播放器或插件，能使用手機(jī)內(nèi)置的播放器，直接進(jìn)行觀看。另一種是基于以太網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸圖像數(shù)據(jù)信息；3 G無(wú)線工作方式實(shí)現(xiàn)手機(jī)用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生情況進(jìn)行掌握。而網(wǎng)絡(luò)用戶也可以獲取入侵者的圖像。

[1]李慶斌，李眾立.基于ARM9的智能視頻入侵物識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型計(jì)算機(jī)信息，2011（3）：103-104.

LI Qing-bin，LI Zhong-li.The design of intelligent video system based on ARM9 which can identify invasion[J].Microcomputer Information，2011（3）：103-104.

[2]李紅剛，張素萍，方佳，等.基于ARM的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（5）：134-138.

LI Hong-gang，ZHANG Su-ping，F(xiàn)ANG Jia，et al.Design of intellectual house remote monitoring system based on ARM[J].Modern Electronics Technique，2009（5）：134-138.

[3]李岸，許雪梅，郭巧云，等.基于ARM11的視頻實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2010（11）：15-18，42.

LI An，XU Xue-mei，GUO Qiao-yun，et al.Video streaming real-time transmission system based on ARM11[J].Computer Systems&Applications，2010（11）：15-18，42.

[4]戴麗，張維勇，劉征宇，等.嵌入式無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（l）：5-8.

DAI Li，ZHANG Wei-yong，LIU Zheng-yu，et al.Design and implementation of an embedded wireless video supervising system[J].Journal of Hefei University of Technology，2008，31（l）：5-8.

[5]雷剛勇，解梅.基于DirectShow的MPEG-4遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2005（5）：91-92.

LEI Gang-yong，JIE Mei.A remote MPEG-4 video monitoring system based on direct show[J].TV Engineering，2005（5）：91-92.

[6]黎鷹.基于3G的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南昌：南昌大學(xué)，2010.