基于ARM9的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種利用嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)終端以ARM 9處理器為核心，USB攝像頭作為視頻采集模塊，網(wǎng)卡芯片DM9000為以太網(wǎng)通信模塊。視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端移植Linux操作系統(tǒng)，配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，編寫(xiě)視頻采集和發(fā)送程序，最后與客戶(hù)端組成完整系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ARM9；Linux；嵌入式系統(tǒng)；視頻監(jiān)控

ARM處理器具有性能高，成本低的特點(diǎn)，在嵌入式中被廣泛使用。 Linux作為源代碼開(kāi)放的操作系統(tǒng)，其特有的優(yōu)勢(shì)和開(kāi)發(fā)模式正日益影響人們。本文將二者結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)視頻監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)終端采用基于ARM920T內(nèi)核的Samsung S3C2440A作為中央處理器，并且配備64M的SDRAM，256M的NAND FLASH和2M的NOR FLASH，以應(yīng)對(duì)移植Linux操作系統(tǒng)和系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)所需要的內(nèi)存空間。 該系統(tǒng)的主要硬件還有視頻采集模塊，以太網(wǎng)通信模塊，UART串口和電源接口。系統(tǒng)硬件整體框圖如圖1所示

1.2 視頻采集模塊

視頻采集模塊采用了中星微電子公司ZC301芯片的 USB攝像頭，該攝像頭芯片具有圖像信號(hào)處理，數(shù)據(jù)壓縮，JPEG譯碼等圖像處理功能，攝像頭傳感器采用CMOS感光元件，元件像素130萬(wàn)，采集的圖像清晰，畫(huà)面穩(wěn)定，色彩真實(shí)鮮艷。視頻采集模塊的USB接口電路原理圖如圖2所示。

圖2中，使用5v的電源為USB供電，22Ω電阻的R23，R24在串行數(shù)據(jù)通信時(shí)可以起到緩沖抗干擾的作用，R27，R28為15K的大電阻，確保了USB高速串口數(shù)據(jù)通信的可靠性。

1.3 以太網(wǎng)通信模塊

通信模塊采用DAVICOM公司的10/100 Mb/s自適應(yīng)以太網(wǎng)芯片DM9000，該芯片是完全綜合的，成本較低的單一快速以太網(wǎng)控制器芯片，具有通用處理器接口，既可以接8位，16位的處理器，也可以接32位的處理器。在本系統(tǒng)中該芯片與一個(gè)集成RJ45的網(wǎng)絡(luò)接口相連，其電路原理圖如圖3所示。

圖3中的HR911103A是一個(gè)集成RJ45的網(wǎng)絡(luò)變壓器，確保通信雙方可以正常接收和發(fā)送信息，50Ω的電阻RD1，RD5和RD3，RD6使信號(hào)在接受和發(fā)送時(shí)起到抗干擾的作用，電源VDD33v接著大電阻R16，R39，流出的電流較小，可以驅(qū)動(dòng)綠，黃LED燈。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 操作系統(tǒng)的移植

PC通過(guò)arm-linux-gcc交叉編譯工具構(gòu)造交叉編譯環(huán)境，編譯Uboot生成燒入FLASH的引導(dǎo)程序，編譯Linux內(nèi)核生成Linux鏡像文件zImage，并使用yaffs根文件制作工具mkyaffs2image生成Linux系統(tǒng)根文件鏡像rootfs.img，最后通過(guò)USB下載工具將上述文件下載到終端。

2.2 服務(wù)端視頻采集和發(fā)送程序設(shè)計(jì)

視頻采集和發(fā)送由一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程完成，但將該進(jìn)程生成了兩個(gè)線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程完成相應(yīng)功能。因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核的攝像頭驅(qū)動(dòng)為攝像頭捕獲圖像提供了一套API接口：V4L2，并且攝像頭支持JPEG視頻流直接獲取，所以視頻采集線(xiàn)程直接利用V4L2就能采集和存儲(chǔ)攝像頭捕獲的數(shù)據(jù)。在驅(qū)動(dòng)的配置中，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)和TCP/IP協(xié)議被同時(shí)加載到內(nèi)核，這使得應(yīng)用進(jìn)程可以建立一個(gè)TCP套接字服務(wù)端，并指定一個(gè)專(zhuān)用端口7070，等待客服端的連接。一旦連接出現(xiàn)，發(fā)送線(xiàn)程就會(huì)向客戶(hù)端發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。為了得到一張完整的圖片數(shù)據(jù)，應(yīng)用進(jìn)程運(yùn)用條件變量使得兩個(gè)線(xiàn)程保持同步。視頻采集和視頻發(fā)送的流程圖如圖4所示

2.3 視頻監(jiān)控客戶(hù)端設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控客戶(hù)端是基于Linux平臺(tái)的應(yīng)用程序，其主要的功能是接收由視頻監(jiān)控終端采集，發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)，并播放視頻數(shù)據(jù)。Spcaview是一款開(kāi)放源碼的視頻軟件，既可以接收和發(fā)送視頻數(shù)據(jù)，又可以播放視頻數(shù)據(jù)，非常適合做視頻監(jiān)控客戶(hù)端。該軟件采用Linux C語(yǔ)言和Java腳本語(yǔ)言共同編寫(xiě)，代碼簡(jiǎn)潔，組件功能明確，遵循GPLv2條款，任何組織和個(gè)人可以在此條款下修改和發(fā)布它的源碼。在Linux平臺(tái)fedora9下構(gòu)造視頻監(jiān)控客戶(hù)端的簡(jiǎn)單步驟如下：

下載最新源碼：Spcaview-20061208.tar，解壓該源碼：tar xvzj Spcaview-20061208.tar，進(jìn)入該源碼目錄并編譯：cd Spcaview-20061208，make，最后在此目錄下啟動(dòng)該軟件。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于ARM9處理器的嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成了視頻監(jiān)控的功能。該系統(tǒng)采用可裁剪的Linux操作系統(tǒng)和流行的ARM芯片，既降低成本，又有完善的功能，對(duì)于視頻監(jiān)控方面有一定參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介

李濤，男，湖北省荊州市人，正在讀碩士研究生，主要研究方向嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用。