基于ARM的智能小區(qū)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

代治國，李興霞

（佳木斯大學 黑龍江 佳木斯 154007）

隨著嵌入式技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對生活和居住環(huán)境的要求越來越高，安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標。特別是對家居的安全要求越來越重視，常規(guī)技術(shù)是圖像獲取后進行記錄分析再做決策，缺乏時效性，這種技術(shù)產(chǎn)品已不能滿足當前的應用需求。本系統(tǒng)是將用戶3G手機和小區(qū)監(jiān)控聯(lián)合起來進行設計，用戶通過隨身攜帶的3G手機能及時獲取家庭入侵者的圖像，采用了智能視頻識別技術(shù)，在事件發(fā)生之前能識別和判斷出可疑的行為[1]，并將圖像通過3G無線系統(tǒng)實時傳輸?shù)接脩羰謾C上，同時通過內(nèi)部網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實現(xiàn)小區(qū)遠程監(jiān)控智能化、快速化的實時監(jiān)控目的。本系統(tǒng)采用ARM11作為控制芯片，與遠程用戶采用3G無線技術(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)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進行了設計。

1 總體設計

基于ARM的智能小區(qū)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計的核心部分是利用嵌入式系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，該系統(tǒng)是把有線通信方式和無線通信方式集成于嵌入式系統(tǒng)當中[2]，用戶通過智能3G手機查看家中入侵者的圖像并保存；實現(xiàn)3G手機用戶能隨時隨地便捷的使用手機進行視頻監(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定系統(tǒng)所需要的各項參數(shù)，管理員可以現(xiàn)場設置訪問權(quán)限，登記被授權(quán)用戶數(shù)據(jù)信息和關鍵點視頻數(shù)據(jù)的現(xiàn)場恢復和查看操作功能。

每戶都有一個基于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，每戶的單片機通過3G無線網(wǎng)絡與用戶連接。嵌入式監(jiān)控終端設備，用于采集室內(nèi)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)的設備，將設備安裝在室內(nèi)，設備根據(jù)室內(nèi)采集到的視頻流的改變，來決定是否要啟用該系統(tǒng)；當有入侵者時啟用該系統(tǒng)，否者，監(jiān)控中心是不能查看用戶室內(nèi)視頻的。因此，當有入侵者時，通過3G網(wǎng)絡進行圖像的實時傳輸，同時通過內(nèi)部局域網(wǎng)將入侵者的圖像傳入監(jiān)控中心。系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall design of the system structure

2 硬件設計

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，顯示器可以接收來自Carema，F(xiàn)rameBuffer和其他模塊的圖像數(shù)據(jù)，可以對不同的圖像進行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，進行DM9000模塊的初始化并獲取網(wǎng)卡的參數(shù)，驅(qū)動模塊加載時，通過net_dev（）函數(shù)對網(wǎng)絡模塊初始化，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，其設計框圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)包接受產(chǎn)生一個中斷信號[4]，當網(wǎng)絡驅(qū)動程序收到中斷信號后調(diào)用接收程序來處理數(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)絡上層應用軟件進行處理。

圖3 DM9000驅(qū)動設計Fig.3 Driver design of DM9000

2.3 無線模塊

本系統(tǒng)設計視頻數(shù)據(jù)傳輸部分采用的是3G無線網(wǎng)絡傳輸，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)通過無線信道發(fā)送到基站。選用的是中興的3G模塊作為無線網(wǎng)絡傳輸模塊。具有語音、短信和高速數(shù)據(jù)業(yè)務等功能，可以廣泛應用于高速數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控、實時圖像等領域。

配合MC8630C無線傳輸模塊，通過AT命令對數(shù)據(jù)進行UDP打包，將視頻包數(shù)據(jù)發(fā)送到3G網(wǎng)絡上，然后再通過3G模塊將視頻數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)侥康闹悄苁謾C終端處。

3 圖像傳輸網(wǎng)絡設計

3.1 boa服務器移植

本系統(tǒng)在設計中選用了Boa Web服務器，并進行移植。下載Boa服務器源代碼boa-0.94.13.tar.gz，并將其解縮在/boa src/目錄下[5]。

3.2 移植視頻服務器

3.3 Socket網(wǎng)絡編程

發(fā)送端綁定一個端口，用于傳輸視頻，程序啟動后通過Linux的socket編程與上位機接收端建立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崿F(xiàn)

本系統(tǒng)采用基于TCP/IP協(xié)議的Socket網(wǎng)絡編程來實現(xiàn)遠程通信的，當程序初始化完成以后，系統(tǒng)一直處于循環(huán)等待狀態(tài)。當當前幀與緩存幀像素灰度值差值超過一個給定α值時，則認為有入侵物存在，這時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態(tài)JPEG（M一JPEG）標準，這種標準經(jīng)過實際測試，發(fā)現(xiàn)512 MHz的主流智能手機能達到 5～8 fps的幀率（帶寬 320～512 kbps），而 624 MHz的主流智能手機更可達到 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)絡接入有兩種方式一種是采用3 G無線網(wǎng)絡方式實現(xiàn)圖像信息的傳送；手機終端設備無需安裝任何播放器或插件，能使用手機內(nèi)置的播放器，直接進行觀看。另一種是基于以太網(wǎng)有線網(wǎng)絡方式傳輸圖像數(shù)據(jù)信息；3 G無線工作方式實現(xiàn)手機用戶對現(xiàn)場發(fā)生情況進行掌握。而網(wǎng)絡用戶也可以獲取入侵者的圖像。

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