綜合嵌入式視覺與網絡智能通信的監控系統

張 卓

（長春工業大學人文信息學院，吉林 長春 130122）

0 引 言

隨著社會的發展，人民生活水平的提高，安全防范觀念已經從企事業單位擴展到了普通家庭。與此同時，網絡、微電子、光電、通信等高新技術飛速發展，安防系統也隨著這個浪潮由原來的模擬產品逐步過渡到數字化、網絡化監控產品和智能安防系統。本系統可以為各行各業的安全發展保駕護航。特別是在基于網絡的遠程視頻看護、巡查、智能預警、報警方式等方面有著廣泛的市場。

1 系統整體設計

傳統的視頻監控系統主要實現監控室實時查看、視頻錄像存儲。在傳統的監控模式下，保安人員需要監視太多的視頻畫面，遠遠超出人的接受能力，導致實際監控效果低下。實驗結果表明，在盯著視頻畫面僅僅22min之后，人眼將對視頻畫面里95%以上的活動信息視而不見。因此，需要智能視頻預警功能來改善監控效果，同時減輕監控人員的負擔。本系統由前段Zigbee無線傳感網絡、WiFi無線傳輸網絡、RFID、智能傳感器、智能視頻感知系統、智能聲音感知系統等部分組成。

系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖

2 關鍵點模塊化設計

2.1 前段無線傳感網絡

微處理器采用 MSP430系列是德州儀器（TI）開發的一種16位總線的單片機，由于其超低功耗的混合信號處理器（Mixed Signal Proces－sor）設計和較高性價比。它可以在線對單片機進行調試下載（JTAG口與FET相連），不需另外的仿真工具，簡潔實用。在低功耗模式下工作，不僅節約能量，而且對人體和環境的輻射非常小［1］。MSP430F149芯片引腳圖如圖2所示。

圖2 MSP430F149芯片引腳圖

MSP430F149采用QFP塑料方型扁平式封裝，芯片引腳之間距離很小、管腳很細。這種形式封裝的芯片通常采用SMD（表面安裝設備技術）將芯片與主板焊接起來。

射頻收發模塊是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的CC2420芯片模塊。該器件使用0.18μm CMOS工藝制成，具有高集成度，包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產品的RF器件。具有完全集成的壓控振蕩器，只需要天線、16MHz晶振等很少的外圍電路。基于Chipcon公司的SmartRF 03技術，選擇性和敏感性指數超IEEE802.15.4標準的要求。通過SPI接口與微處理器相連，可確保短距離通信的有效性和可靠性。CC2420是超低電流消耗和高接收靈敏度RF模塊，在發射時電流19.7mA，接收時17.4mA，其靈敏度為－99dBm，在IEEE802.15.4MAC層硬件可支持自動幀格式生成、同步插入與檢測、16bit CRC校驗、電源檢測、完全自動 MAC層安全保護（CTR，CBC－MAC，CCM），干擾能力強（39dB）采用O－QPSK調制方式。CC2420與外部連接電路如圖3所示［2］。

圖3 CC2420應用電路（帶有差分天線）

2.2 智能視頻感知分析系統

采用TI最新Davinci系列高性能視頻處理與圖像分析芯片，結合ARM 核心與TI DSP核心的異類處理（heterogeneous－processing）架構。支持標準應用編程接口（Application－Programming Interface，API），這些API把駐留在每個核心的代碼開發和執行都封閉（encapsulate）和隔離起來。我們在日常程序設計時可以熟悉的使用以ARM核心為目標的工具，不必成為DSP專家就能利用整合的DSP核心［3］。Davinci使用屬于TI第三方網絡的一部分，且符合eXpressDSP的算法，并且都支持一種主要的執行模式，它讓ARM扮演主控者（master）的角色，把DSP代碼當作協處理器或一種從屬的角色。除完成視頻編碼功能外，增加了視頻智能分析功能，實現前端的智能感知與機器視覺；智能分析功能依據現場需求靈活可選，視頻智能分析相關的參數設置界面友好、操作簡單［4－5］。

2.3 數據管理平臺

視頻服務端軟件是新一代大型智能預警監控管理平臺，尤其是監控版平臺的開發，采用高性能、高穩定性的MySQL數據庫，便于為用戶構建跨區域、跨網絡大型智能監控系統，同時提供完整的解決方案。只需將此平臺運行在PC機或者標準服務器上，就構建出了網絡預警監控系統后端的NVR（Net Video Recoder）。網絡視頻服務器的特點是存儲為主，顯示為輔；具備基于網絡的分布式視頻站點集中管理，后端登錄用戶權限管理功能，還具有強大的智能報警功能，如短信實時報警、語音實時報警、視頻彈出報警；同時還擔任視頻實時轉發服務的角色，采用加密傳輸，嚴格保證視頻數據安全。

3 實現功能

3.1 智能無線遙控

可對所有的視頻監控器及其它電器、安防的設備進行智能遙控和一鍵式場景控制、實現全景視頻監控的臨時定時等遙控，各種編址操作，4路一鍵式情景模式，配合數字網絡轉發器，實現本地及異地萬能遙控。

3.2 手機遠程控制

可以根據現實情況需要，手動設置監控區域。同時實現用手機遠程控制整個智能住宅系統以及實現安防系統的自動控制功能。

3.3 Internet遠程監控

通過互聯網實現遠程監控、操作、維護以及系統備份與系統還原，通過用戶授權，可以實現遠程售后服務。無論在世界各地，只要通過INTER－NET網都可隨時了解家里實時狀態，包括遠程控制，隨時根據需求更改系統配置、定時管理事件，還可隨時修改報警電話［6－7］。

3.4 智能視頻警報

通過視頻智能越線警報、區域警戒，實現家里入侵人員本地報警和遠程短信、彩信報警、軟件報警等功能。

4 結 語

本系統采用先進的嵌入式控制器，利用DSP，ARM技術的強大數據圖像處理能力，結合互聯網、移動通信網等網絡進行信息的傳送與交互，及智能計算技術對信息進行分析處理，提高產品的監控能力。可以廣泛應用于交通、醫院、銀行、家居、學校等安防領域。

［1］甘早斌，李開，魯宏偉.物聯網識別技術及應用［M］.北京：清華大學出版社，2014.

［2］王宏志，武偉，鐘誠.基于非線性擴散與小波變換的混合圖像去噪算法［J］.吉林大學學報：工學版，2009，39（2）：525－529.

［3］王海民，王宏志.STM32以太網控制系統［J］.長春工業大學學報：自然科學版，2014，35（1）：60－65.

［4］彭巍，肖青.物聯網業務體系構架演進綜述［J］.現代管理科學，2010，34（15）：15－20.

［5］邵貝貝.嵌入式實時操作系統μC／OS－II［M］.2版.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

［6］李旭.物聯網通信技術［M］.北京：清華大學出版社，2013.

［7］劉延青，費凌，任書君.基于ARM的家庭安全監控系統［J］.西華大學學報：自然科學版，2011，2（5）：16－20.