基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：該文設(shè)計(jì)的家庭安防系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)架構(gòu)為基礎(chǔ)，以TMS320DM6446為硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了感知層、傳輸層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)。以互聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋瑧?yīng)用藍(lán)牙、Wifi技術(shù)建立局域網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用現(xiàn)在迅猛發(fā)展的3G技術(shù)建立廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。使用Android平臺(tái)進(jìn)行手機(jī)端的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端得到的視頻信息進(jìn)行播放、控制。

關(guān)鍵詞：TMS320DM6446 物聯(lián)網(wǎng) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) Android手機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098x（2013）05（b）-0033-02

智能視頻監(jiān)控是一種高端的視頻監(jiān)控應(yīng)用，它能夠識(shí)別不同的物體，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面中的異常情況，并能夠以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)和提供有用信息，從而能夠更加有效的協(xié)助安全人員處理危機(jī)，這其中最需要防范的就是人為的惡意侵犯（如盜竊、搶劫等），這些都對(duì)人們的正常生活造成了不良影響，我們認(rèn)為設(shè)計(jì)出了一套智能家庭安防系統(tǒng)是非常必要的。智能視頻監(jiān)控具有廣闊的市場(chǎng)前景，可應(yīng)用于交通管理、安全防護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等領(lǐng)域[1]。

嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)具有便攜、低功耗、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。TI公司所推出的基于達(dá)芬奇技術(shù)的芯片TMS320DM6446為各種網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字視頻編解碼應(yīng)用提供片上系統(tǒng)硬件平臺(tái)，是一款功能強(qiáng)大的嵌入式數(shù)字多媒體處理器[2]。結(jié)合現(xiàn)有的藍(lán)牙、Wifi、3G無(wú)線通信技術(shù)對(duì)視頻圖像高清采集、傳輸，進(jìn)而監(jiān)控和識(shí)別不同種類(lèi)的物體，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)中的異常情況。本文將嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)框架相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)探頭與人，探頭與報(bào)警系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，將家庭火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)及對(duì)室內(nèi)經(jīng)行實(shí)時(shí)監(jiān)控防止盜竊案件的發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以物聯(lián)網(wǎng)[3]三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。主要包括前端采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（感知層），無(wú)線傳輸模塊（傳輸層），終端監(jiān)控模塊（應(yīng)用層）。

（1）感知層

前端采集模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能是從要監(jiān)控的現(xiàn)場(chǎng)采集信息主要是視頻信息；該模塊中另外部分是進(jìn)行控制，這涉及到另外的控制設(shè)備，此模塊支持不同同的壓縮比的圖像大小。

數(shù)據(jù)處理模塊的功能是將前端設(shè)備采集來(lái)的信息進(jìn)行相應(yīng)地處理（如將信息轉(zhuǎn)碼處理）并儲(chǔ)存處理后的信息，待終端需要時(shí)再進(jìn)行傳送。

（2）傳輸層

通過(guò)感知層將室內(nèi)的信息，通過(guò)處理器，經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒎?wù)器端，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。利用2G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)如藍(lán)牙、Wifi建立局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)短距離的傳輸，可應(yīng)用到小區(qū)監(jiān)控。利用3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)的傳輸。這樣可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的搭建，這樣可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與手機(jī)端（應(yīng)用層）數(shù)據(jù)的傳輸和信息的交互。

（3）應(yīng)用層

應(yīng)用層使用Android平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，Android[4]是Google最新推出的手機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用戶(hù)可以下載Android開(kāi)發(fā)包在其自己的PC機(jī)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。且是完全免費(fèi)下載。我們開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端與客戶(hù)端的雙向通行，將室內(nèi)信息展示給用戶(hù)及對(duì)服務(wù)器端進(jìn)行設(shè)置。

2 硬件與軟件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，根據(jù)功能的不同主要有系統(tǒng)模塊、視頻輸入輸出模塊、存儲(chǔ)模塊、10/l00M自適應(yīng)以太網(wǎng)物理層電路模塊、藍(lán)牙、Wifi、3G無(wú)線路由模塊、手機(jī)視頻播放模塊，硬件總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

系統(tǒng)模塊的核心芯片為T(mén)MS320DM 6446，TMS320DM6446是TI公司推出的高集成度視頻處理芯片（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DM6446）[5]，DM6446基于達(dá)芬奇技術(shù)，包括ARM核與DSP核。由于DM6446是ARM和DSP雙核結(jié)構(gòu)SOC（SystemOnChip）芯片，對(duì)芯片與外界的交互是通過(guò)ARM端的Linux和相關(guān)驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序來(lái)管理，DSP端只處理相應(yīng)的算法。DaVinci技術(shù)主要通過(guò)共享存儲(chǔ)器和部分外設(shè)的方式巧妙地解決了兩個(gè)內(nèi)核間資源的分配、共享以及通信的問(wèn)題。系統(tǒng)包含一個(gè)ARM子系統(tǒng)、一個(gè)DSP子系統(tǒng)和一個(gè)視頻處理子系統(tǒng)VPSS，同時(shí)還帶有一個(gè)圖像協(xié)處理器VICP和各種豐富外設(shè)，如圖3.

視頻輸入輸出模塊：DaVinci視頻輸入部分主要由TVP5146組成，TVP5146是一款高質(zhì)量、單芯片數(shù)字視頻解碼器，完成A/D[7]。TVP5146還能將NTSC、PAL、SECAM模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為YCbCr格式視頻信號(hào)。TMS320DM6446通過(guò)I2C總線訪問(wèn)TVP5146的內(nèi)部寄存器。

存儲(chǔ)模塊：TMS320DM6446內(nèi)部集成了DDR2總線控制器，并設(shè)計(jì)有DDR2使用的32位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)總線。DDR2控制信號(hào)有行地址和列地址鎖存信號(hào)、寫(xiě)鎖存信號(hào)、數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)、數(shù)據(jù)掩碼信號(hào)等[8]。

以太網(wǎng)模塊：TMs320DM6446內(nèi)核中包含以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器（EMAC）和物理層數(shù)據(jù)輸入輸出管理模塊（MDIO）。EMAC模塊用以支持相同網(wǎng)絡(luò)間不同主機(jī)的數(shù)據(jù)流傳遞，用于控制系統(tǒng)與物理層（PHY）之間的數(shù)據(jù)包流，它由ARM核控制；這里選用Intel的LXT971ALE單芯片以太網(wǎng)物理收發(fā)器。

無(wú)線路由模塊：本設(shè)計(jì)采用大唐公司的MR-900W無(wú)線3G路由器。MR-900W為高速WCDMA3G路由器，工作在中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)下，具有高速上網(wǎng)與高速視頻、數(shù)據(jù)傳輸能力。

手機(jī)播放模塊：基于Android系統(tǒng)手機(jī)，集成了藍(lán)牙、Wifi、3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包含三部分內(nèi)容，一是嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)的搭建以及主要設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼的編寫(xiě)與調(diào)試；二是對(duì)視頻編解碼引擎CodecEngine的編譯和使用，以及H.264編解碼算法的設(shè)計(jì)和移植；三是使用Java語(yǔ)言GUI，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控圖像的播放。

（1）系統(tǒng)搭建與驅(qū)動(dòng)代碼編寫(xiě)

第一部分嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的搭建主要是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核經(jīng)過(guò)裁減、重新編譯、配置以及燒寫(xiě)啟動(dòng)代碼Bootloader的方式實(shí)現(xiàn)的；驅(qū)動(dòng)代碼的編寫(xiě)則采用匯編和C混合編程的方法。驅(qū)動(dòng)程序主要包括：視頻采集驅(qū)動(dòng)，即攝像頭獲取原始視頻數(shù)據(jù)，圖4為視屏采集流程圖；以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)：藍(lán)牙、Wifi、3G模塊驅(qū)動(dòng)。

（2）編解碼引擎（CodecEngine）

在視頻編解碼部分，需要使用DaVinci開(kāi)發(fā)框架的CodecEngine技術(shù)[9]。CodecEngine技術(shù)概念是一套API，用于運(yùn)行TMS320數(shù)字信號(hào)處理器算法標(biāo)準(zhǔn)（xDAIS）算法，同時(shí)也提供了與xnM兼容的VISA（video，Imaging，speech，audio）接口，通常以庫(kù)的形式發(fā)布。

（3）H.264視頻編解碼

H.264是最新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，與以前的算法不同的是它采用了很多先進(jìn)的技術(shù)，其中包括：視頻高壓縮技術(shù)，標(biāo)量量化技術(shù)等，采用H.264視頻處理算法對(duì)采集視頻進(jìn)行處理，并對(duì)視頻算法進(jìn)行中的代碼、結(jié)構(gòu)以及編譯器進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化，從而提高了圖像質(zhì)量和監(jiān)控系統(tǒng)的性能[10]。

（4）手機(jī)播放器

開(kāi)發(fā)環(huán)境Eclipse，使用Java語(yǔ)言，利用ADI開(kāi)發(fā)套件，進(jìn)行視頻播放器開(kāi)發(fā)。此款軟件還可以根據(jù)用戶(hù)的需求即調(diào)用具體時(shí)間、時(shí)間段內(nèi)的視屏。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

攝像頭以每秒25幀采集視頻，分辨率為720X480。系統(tǒng)硬件上電啟動(dòng)完成后，先ARM控制攝像頭采集視頻，然后通知前端進(jìn)行預(yù)處理，之后發(fā)送到DSP中實(shí)現(xiàn)H.264編碼，將編碼后的信息存儲(chǔ)在信息服務(wù)器，通過(guò)藍(lán)牙、Wifi、3G，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。打開(kāi)手機(jī)端的播放器，將啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收、H.264解碼及顯示的線程。圖5為采集到并在手機(jī)上播放的視屏。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，在達(dá)芬奇DM6446平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)框架為基礎(chǔ)，提出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案與軟件工作流程，并對(duì)硬件平臺(tái)及軟件應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)滿(mǎn)足監(jiān)控的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]秦華.基于達(dá)芬奇平臺(tái)的無(wú)線視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2011，10（8）.

[2]趙劍宇，郭繼昌.基于DM6446的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2011，34（9）.

[3]楊金玲，柴穎，狄紅衛(wèi).基于DM6446的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2010，33（3）.

[4]TexasInstruments.TMS32ODM6446DigitalMedia System-on-Chip，2006.

[5]Androidprojectofficial.Androidproject[EB/OL].