基于ARM和GPRS的遠程無線視頻監控系統設計

謝亞萍

【摘要】 隨著計算機網絡、通信技術和多媒體技術的發展，傳統監控系統也不斷向著新的方向發展。針對公安系統的某些特殊應用場合，提出了一種基于ARM和GPRS的遠程無線視頻監控系統。首先將攝像頭采集到的模擬視頻信號進行A/D轉換，再通過BF533處理器進行圖像壓縮，經過圖像壓縮的視頻信號再通過SPI傳送到主控ARM處理器S3C2410來完成視頻數據的無線網絡發送。通過 MC55 GPRS模塊接入GPRS網絡，將視頻不斷的發給遠端的監控中心。

【關鍵詞】 ARM GPRS 無線視頻 監控系統

一、引言

目前在圖像監視領域，有線方式的視頻監視系統較為普遍，而在設備分布廣泛和數據不易采集的場合，如：公安、消防、城管執法、銀行押運、電力搶險、海事執法、海關邊防、軍事偵察等領域，監控場所的環境又比較復雜。在這些復雜的環境下，無法實現有線網絡架設，視頻監控點和視頻監控接收端通常又處于移動狀態下，此時，有線視頻監視方式受到了固有物理布線的限制而顯得無能為力，但遠程無線視頻監視方式則沒有這種限制。

隨著無線通信技術的飛速發展、互聯網的廣泛普及，實時動態圖像的采集、壓縮和遠程無線傳輸技術成為了無線通信、計算機領域的重要研究課題。基于無線通信網絡的無線監控技術可以很好滿足這一社會需求。無線Internet是依托現有的移動通信技術接入Internet，是對有線Internet網的有益補充，目前國內現有的移動通信網絡有GSM網絡，GPRS網絡、CDMA1X網絡，利用無線通道傳輸話音、數據、視頻己經可以實現。

遠程監控技術的出現，是計算機網絡技術與故障監控技術相結合的必然結果，它具有靈活性好、移動性強、布點靈活、工程量小與工程周期短等優點。與有線視頻監視系統相比，無線視頻監視系統具有很大的優越性，其研究也具有重大的經濟意義和現實意義。

二、系統硬件設計

嵌入式遠程無線視頻監控系統的硬件平臺主要包括兩部分：監控終端和監控中心。其中監控終端主要由攝像頭、A/D轉換模塊、MPEG-4圖像壓縮模塊、嵌入式平臺、GPRS Modem組成；監控中心是一臺連入Internet網絡的工控機，負責協調控制系統中各個模塊的動作，管理監控內容。系統組成框圖如圖1所示。

考慮到系統監控中心所用的PC機需要長時間運行，并且處理大量數據，本設計監控中心PC機采用工控機。考慮到成本限制，本系統的視頻采集端選用價格低廉的模擬攝像頭。通過A/D轉換模塊將攝像頭采集到的模擬視頻信號轉變為數字視頻信號，再進行視頻圖像的編碼壓縮。在GPRS網絡上傳輸的視頻圖像數據應該是經過JPEG編碼壓縮的，所以監控終端的核心硬件要完成JPEG圖像編碼壓縮、接入GPRS網以及協調各模塊的工作。使用以SIEMENS MC55模塊為核心的GPRS Modem來接入GPRS網絡。MC55模塊支持語音和數據通信，而且模塊自帶TCP/IP協議棧。使用SAMSUNG公司的ARM9系列芯片S3C2410A協調硬件工作，并完成視頻數據的無線網絡發送。

視頻數據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轉換芯片SAA7111A，并送至BF533處理器，進行MPEG-4圖像壓縮處理，經過壓縮的視頻圖像信號通過SPI（serial Peripheral Interface，串行外設接口）接口發送到主控嵌入式平臺S3C2410A來完成視頻數據的無線網絡發送。通過SIEMENS公司MC55 GPRS Modem來接入GPRS網絡。最后通過無線網絡運營商的網關服務器，接入Internet，這樣系統監控中心就可以通過網卡同Internet相連。

三、系統軟件設計

遠程無線視頻監控系統利用現有的GPRS移動通信網絡，采用數字視頻壓縮技術和嵌入式技術，實現對遠程現場的實時視頻信號的高效采集、壓縮、發送和處理。系統軟件總體框架如圖2所示。在程序設計過程中采用了模塊化的思想，使用模塊化思想設計的程序可讀性好、易于修改，而且可移植性好。由于系統軟件比較大，功能比較多，利用模塊化思想設計程序還有助于理清思路，從而加快程序開發進程。

系統軟件總的來說由監控終端軟件，監控過程通信軟件和監控中心管理軟件三部分組成，其中監控過程通信軟件的開發需要在監控中心和監控終端上同時進行。監控終端軟件和部分監控過程通信軟件是在嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ上開發的，與支撐硬件一起構成了系統的嵌入式終端。三個部分在完成不同功能的同時又互相協調工作，最終完成視頻圖像采集、處理、傳輸和顯示，以及現場重要數據的獲取、傳輸和顯示。

由于系統軟件包含了監控中心管理軟件，監控過程通信軟件和監控終端軟件三部分，中心和終端兩部分需要協調工作，二者通過GPRS網絡和Internet網絡傳送數據。軟件運行時監控中心軟件先于監控終端軟件啟動，中心“判斷數據含義”是指判斷接收到的數據對應的幀類型，包括幀有效，幀結束，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據幀進行初步處理，使之適用于網絡傳輸。另外獲取現場數據要啟動一個新線程，系統關閉時，這個線程也隨之終止。

四、結論

本設計是針對公安系統的無線視頻監控設計，綜合嵌入式技術和GPRS網絡實現遠程無線視頻圖像的實時采集和無線傳輸。提出一種基于嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系統和GPRS網絡的無線圖像、數據的采集與傳輸的通用解決方案，結合GPRS網絡傳輸的特點，建立了監控終端到監控中心的實時視頻傳輸系統，實現了高品質的實時視頻傳輸。

此外本系統設計可以考慮做一下改進：（1）采用CDMA通信網絡進行視頻傳輸。目前CDMA移動通信網絡日趨成熟，我們采用CDMA1X數據通訊技術進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）改進編碼算法，提高壓縮比。可以改進當前MPEG-4編碼算法中的主要模塊如采用1/4象素的運動估計，或者改用最新的H.264數字視頻壓縮編碼技術來提高壓縮比及視頻質量。參 考 文 獻

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