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基于嵌入式系统的网络视频监控设备的设计与实现

时间:2010-12-29 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网
  随着计算机技术及网络技术的迅猛发展,视频监控系统的发展趋势必然是全面数字化、网络化,即采用嵌入式网络摄像机,利用网络进行传输,并充分利用大规模集成电路和网络的科技成果,及体积小巧、性能稳定、通讯便利等特点,将使监控无处不在成为现实。而目前,我国基于嵌入式技术的网络视频监控系统刚刚起步,所以研究并开发一种基于嵌入式系统的网络视频监控系统具有很大的工程实际意义。
  本文针对网络视频监控设备的实际应用需求,有机的结合图像采集和嵌入式系统两方面的新技术,设计了基于ARM32位单片机系统和图像采集存储系统的嵌入式网络视频监控设备,并实现了视频数据的采集、压缩与网络传输。
  2ARM与嵌入式网络视频监控设备
  32位嵌入式处理器中有MIPS、ARM、M-CORE等等。ARM(AdvancedRISCMachines)处理器本身是32位系统,其内核具有性能高、成本低和能耗省的特点。
  支撑ARM的嵌入式操作系统主要有:WindowsCE、Vxworks、uClinux等[1]。uClinux是“Micro-Control-Linux”缩写,意即“针对微控制领域而设计的Linux系统”[2]主要是面对没有MMU并且资源很少的嵌入式系统。高性能、高集成度将是嵌入式系统的发展方向[4]。“嵌入式网络视频监控设备”是第三代数字监控设备。
  嵌入式网络视频监控设备体积小巧,具有图像采集、图像处理功能,带有以太网接口,TCP/IP协议栈,性能比较稳定,可直接与Internet互连,系统的扩展性很好,监控区域几乎无限,并且由于设备传输到网络上是数字化视频信号,可直接利用软硬件进行处理。同时因为设备本身带有操作系统,因此可以方便的进行后续开发,增加用户所需功能,提高设备的智能程度。
  3嵌入式监控系统硬件模块的设计
  3.1系统总体设计
  硬件系统可以分为三个模块:ARM集成开发模块、图像采集模块、图像存储控制模块。其中ARM集成开发模块模块的CPU采用SAMSUNG的S3C4510B;图像采集模块中的CMOS图像采集芯片采用Ommvision企业的OV7620,镜头采用桑来斯企业生产的DSL103镜头;图像存储模块主要包括74LS244(八进制3状态线缓冲器),4040(12位二进制串行计数器),512K的SRAMCY7C1049。
  系统工作过程可分为主要两个步骤:图像数据存储和图像数据读出过程。系统上电之后,单片机将通过I2C总线对CMOS图像传感器的工作寄存器进行初始化设置,以便使图像传感器进入正常的工作状态,如开窗口位置、逐行扫描方式、自动曝光、自动平衡等。如果上位机需要调整CMOS图像传感器的工作参数,则可以通过地址端口写入;随后,CMOS图像传感器输出的8位图像数据在逻辑控制电路的协调控制下,顺序存入静态RAM构成的图像数据缓冲器。如果上位机没有发出读数据的命令,则此过程一直进行下去,新的图像数据不断地覆盖原有的数据;如果上位机发出读取图像数据的命令,则等待一帧完整的图像写入后,单片机将CMOS图像传感器的图像输出通道关闭,然后将SRAM中的数据顺序从IO读入。读完一帧图像后,再将CMOS图像传感器的图像输出通道打开重新开始新的一帧图像的采集。
  3.2ARM集成开发模块模块的设计
  本系统CPUS3C4510B是基于以太网应用系统的高性价比16/32位RISC微控制器,内含一个由ARM企业设计的16/32位ARM7TDMIRISC处理器,ARM7TDMI为低功耗高性能的16/32位核。该CPU最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。
  系统中采用的Flash存储器MBM29F016在本系统中用来存放uClinux操作系统程序代码。SDRAM是高速的动态随机存取存储器,在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。RTL8201是一种全双工以太网控制器,当系统中主处理器要向网上发送数据时,先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8201中的发送缓存区,然后发出传送数据命令。RTL8201在完成了上一帧的发送后,再完成此帧的发送。RTL8201接收到的数据通过MAC比较,CRC校验后,由FIFO存到接收缓冲区,收满一帧后,以中断的方式通知主处理器。
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