基于ARM和GPRS的遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝亞萍

【摘要】 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)也不斷向著新的方向發(fā)展。針對公安系統(tǒng)的某些特殊應(yīng)用場合，提出了一種基于ARM和GPRS的遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。首先將攝像頭采集到的模擬視頻信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再通過BF533處理器進(jìn)行圖像壓縮，經(jīng)過圖像壓縮的視頻信號再通過SPI傳送到主控ARM處理器S3C2410來完成視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。通過 MC55 GPRS模塊接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，將視頻不斷的發(fā)給遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。

【關(guān)鍵詞】 ARM GPRS 無線視頻 監(jiān)控系統(tǒng)

一、引言

目前在圖像監(jiān)視領(lǐng)域，有線方式的視頻監(jiān)視系統(tǒng)較為普遍，而在設(shè)備分布廣泛和數(shù)據(jù)不易采集的場合，如：公安、消防、城管執(zhí)法、銀行押運(yùn)、電力搶險(xiǎn)、海事執(zhí)法、海關(guān)邊防、軍事偵察等領(lǐng)域，監(jiān)控場所的環(huán)境又比較復(fù)雜。在這些復(fù)雜的環(huán)境下，無法實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，視頻監(jiān)控點(diǎn)和視頻監(jiān)控接收端通常又處于移動(dòng)狀態(tài)下，此時(shí)，有線視頻監(jiān)視方式受到了固有物理布線的限制而顯得無能為力，但遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)視方式則沒有這種限制。

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像的采集、壓縮和遠(yuǎn)程無線傳輸技術(shù)成為了無線通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要研究課題?；跓o線通信網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)控技術(shù)可以很好滿足這一社會(huì)需求。無線Internet是依托現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)接入Internet，是對有線Internet網(wǎng)的有益補(bǔ)充，目前國內(nèi)現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有GSM網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，利用無線通道傳輸話音、數(shù)據(jù)、視頻己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的出現(xiàn)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與故障監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的必然結(jié)果，它具有靈活性好、移動(dòng)性強(qiáng)、布點(diǎn)靈活、工程量小與工程周期短等優(yōu)點(diǎn)。與有線視頻監(jiān)視系統(tǒng)相比，無線視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性，其研究也具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要包括兩部分：監(jiān)控終端和監(jiān)控中心。其中監(jiān)控終端主要由攝像頭、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MPEG-4圖像壓縮模塊、嵌入式平臺(tái)、GPRS Modem組成；監(jiān)控中心是一臺(tái)連入Internet網(wǎng)絡(luò)的工控機(jī)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中各個(gè)模塊的動(dòng)作，管理監(jiān)控內(nèi)容。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

考慮到系統(tǒng)監(jiān)控中心所用的PC機(jī)需要長時(shí)間運(yùn)行，并且處理大量數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)監(jiān)控中心PC機(jī)采用工控機(jī)?？紤]到成本限制，本系統(tǒng)的視頻采集端選用價(jià)格低廉的模擬攝像頭。通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將攝像頭采集到的模擬視頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字視頻信號，再進(jìn)行視頻圖像的編碼壓縮。在GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)囊曨l圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該是經(jīng)過JPEG編碼壓縮的，所以監(jiān)控終端的核心硬件要完成JPEG圖像編碼壓縮、接入GPRS網(wǎng)以及協(xié)調(diào)各模塊的工作。使用以SIEMENS MC55模塊為核心的GPRS Modem來接入GPRS網(wǎng)絡(luò)。MC55模塊支持語音和數(shù)據(jù)通信，而且模塊自帶TCP/IP協(xié)議棧。使用SAMSUNG公司的ARM9系列芯片S3C2410A協(xié)調(diào)硬件工作，并完成視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

視頻數(shù)據(jù)由普通模擬攝像頭來完成圖像采集，然后將采集到的模擬視頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換芯片SAA7111A，并送至BF533處理器，進(jìn)行MPEG-4圖像壓縮處理，經(jīng)過壓縮的視頻圖像信號通過SPI（serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）接口發(fā)送到主控嵌入式平臺(tái)S3C2410A來完成視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。通過SIEMENS公司MC55 GPRS Modem來接入GPRS網(wǎng)絡(luò)。最后通過無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，接入Internet，這樣系統(tǒng)監(jiān)控中心就可以通過網(wǎng)卡同Internet相連。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有的GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)字視頻壓縮技術(shù)和嵌入式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的實(shí)時(shí)視頻信號的高效采集、壓縮、發(fā)送和處理。系統(tǒng)軟件總體框架如圖2所示。在程序設(shè)計(jì)過程中采用了模塊化的思想，使用模塊化思想設(shè)計(jì)的程序可讀性好、易于修改，而且可移植性好。由于系統(tǒng)軟件比較大，功能比較多，利用模塊化思想設(shè)計(jì)程序還有助于理清思路，從而加快程序開發(fā)進(jìn)程。

系統(tǒng)軟件總的來說由監(jiān)控終端軟件，監(jiān)控過程通信軟件和監(jiān)控中心管理軟件三部分組成，其中監(jiān)控過程通信軟件的開發(fā)需要在監(jiān)控中心和監(jiān)控終端上同時(shí)進(jìn)行。監(jiān)控終端軟件和部分監(jiān)控過程通信軟件是在嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上開發(fā)的，與支撐硬件一起構(gòu)成了系統(tǒng)的嵌入式終端。三個(gè)部分在完成不同功能的同時(shí)又互相協(xié)調(diào)工作，最終完成視頻圖像采集、處理、傳輸和顯示，以及現(xiàn)場重要數(shù)據(jù)的獲取、傳輸和顯示。

由于系統(tǒng)軟件包含了監(jiān)控中心管理軟件，監(jiān)控過程通信軟件和監(jiān)控終端軟件三部分，中心和終端兩部分需要協(xié)調(diào)工作，二者通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)。軟件運(yùn)行時(shí)監(jiān)控中心軟件先于監(jiān)控終端軟件啟動(dòng)，中心“判斷數(shù)據(jù)含義”是指判斷接收到的數(shù)據(jù)對應(yīng)的幀類型，包括幀有效，幀結(jié)束，無視頻信號，幀丟失等；終端“初級幀處理”是指對從視頻模塊輸出的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行初步處理，使之適用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)要啟動(dòng)一個(gè)新線程，系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，這個(gè)線程也隨之終止。

四、結(jié)論

本設(shè)計(jì)是針對公安系統(tǒng)的無線視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)，綜合嵌入式技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線視頻圖像的實(shí)時(shí)采集和無線傳輸。提出一種基于嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線圖像、數(shù)據(jù)的采集與傳輸?shù)耐ㄓ媒鉀Q方案，結(jié)合GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，建立了監(jiān)控終端到監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)視頻傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)的實(shí)時(shí)視頻傳輸。

此外本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以考慮做一下改進(jìn)：（1）采用CDMA通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻傳輸。目前CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)日趨成熟，我們采用CDMA1X數(shù)據(jù)通訊技術(shù)進(jìn)行壓縮視頻的無線傳輸，傳輸速率更高，傳輸視頻圖像更加流暢；（2）改進(jìn)編碼算法，提高壓縮比。可以改進(jìn)當(dāng)前MPEG-4編碼算法中的主要模塊如采用1/4象素的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，或者改用最新的H.264數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)來提高壓縮比及視頻質(zhì)量。參 考 文 獻(xiàn)

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