摘要:本文提出了一種基于嵌入式技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方案。系統(tǒng)中以S3C2510A為處理器核心，ARM Linux為操作系統(tǒng)平臺，構(gòu)建了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件平臺，簡要介紹了其硬件結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述了軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:視頻監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)高速公路

0 引言

隨著我國高速公路的快速發(fā)展，公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在交通管理系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地了解到高速公路各種情況，比如車輛超速、違章行駛、交通事故或者其他一些對高速公路損壞的行為。尤其是在一些重要路段，通過安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以及時(shí)地了解到公路上發(fā)生的各種情況，對一些突發(fā)事件的處理和日常的維護(hù)都有著重要的作用。因此，將最新的，最有價(jià)值的技術(shù)應(yīng)用到新一代的監(jiān)控系統(tǒng)之中來解決實(shí)際問題，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)基于Internet實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)把遠(yuǎn)端采集的實(shí)時(shí)視頻信息經(jīng)過壓縮編碼，并利用嵌入式系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，通過Internet傳輸，使接收端系統(tǒng)能從網(wǎng)絡(luò)中接收實(shí)時(shí)視頻并重新展示給用戶。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)硬件平臺主要由嵌入式處理器模塊、視頻采集模塊、視頻AD轉(zhuǎn)換芯片，視頻壓縮模塊、電源時(shí)鐘模塊、以太網(wǎng)接口芯片、Flash、SDRAM 等組成。

1.1 嵌入式控制器 嵌入式控制器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制管理核心，主要功能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制和調(diào)度管理.我們選用的主控制芯片為S3C2510A，它是SAMSUNG公司生產(chǎn)的基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價(jià)比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含ARM公司設(shè)計(jì)的低功耗、高性能ARM940T內(nèi)核，主頻166MHz;內(nèi)置2個(gè)10/100Mbps以太網(wǎng)控制器;6個(gè)DMA通道;6個(gè)32位定時(shí)器;64個(gè)可編程的I/0口;2個(gè)高速UART;此外還有中斷控制器， DRAM/SDRAM控制器，ROM/SRAM和FLASH控制器，系統(tǒng)總線仲裁器、外部存儲器控制器等。

1.2 視頻采集模塊 視頻采集由前端高速攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻的輸入，本系統(tǒng)中采用監(jiān)控專用彩色攝像機(jī)discover系列的dis-822C一體化攝像機(jī)，它具有22倍光學(xué)變焦，220倍數(shù)字變焦，可以在低照度下正常工作，自動聚焦能力強(qiáng)，還具有電子自動快門、白光平衡等特點(diǎn)。高速攝像頭將采集到的模擬數(shù)據(jù)發(fā)送到視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行視頻解碼;最后將得到的視頻數(shù)字信號輸入到視頻壓縮芯片中。

1.3 視頻壓縮模塊 該模塊中采用一款專用的音視頻壓縮編碼芯片G07007SB完成音視頻壓縮功能。G07007SB是美國WIS公司為最新推出的一款多格式音視頻壓縮編碼芯片，G07007SB獨(dú)特的編碼結(jié)構(gòu)可靈活地對符合ISO/ITU標(biāo)準(zhǔn)的音視頻進(jìn)行編碼，它支持的輸出格式有MPEG-4，MPEG-2，MPEG-1，H.263及自定義格式。

1.4 視頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊 該模塊主要是通過S3C2510A對音視頻壓縮模塊處理后的視頻流進(jìn)行打包處理，生成UDP包或RTP包，然后通過RJ45接口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。這里選用的網(wǎng)絡(luò)接口芯片是Realtek公司的RTL8201BL，它是具有l(wèi)0M/100Mps自適應(yīng)功能的以太網(wǎng)收發(fā)控制器，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)接口芯片。

1.5 云臺鏡頭控制模塊 要實(shí)現(xiàn)對前端攝像機(jī)的遠(yuǎn)程控制，需要云臺解碼器將嵌入式控制器端及遠(yuǎn)程客戶端傳來的控制信號進(jìn)行解碼，將軟件發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)換成實(shí)際動作的電平信號。

1.6 電子情報(bào)板 電子情報(bào)板采用LED發(fā)光管，自動調(diào)節(jié)光亮度，動態(tài)視距離達(dá)到200米，能全天候地及時(shí)向司乘人員車輛超速情況、傳遞路況信息及特殊氣候情況，凸顯高速公路的服務(wù)功能。

2 軟件設(shè)計(jì)

嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)重要的組成部分，它為應(yīng)用程序的開發(fā)提供了一個(gè)軟件平臺。這里選用uClinux作為整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)平臺，基于uClinux開發(fā)資源豐富，有助于建立功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大系統(tǒng)。其他功能模塊建筑在Linux操作系統(tǒng)之上，包括視頻采集與預(yù)處理模塊，MPEG4編碼模塊，RTP/ RTCP協(xié)議傳輸模塊，云臺控制模塊等等。下面重點(diǎn)介紹視頻數(shù)據(jù)傳輸模塊和車速檢測模塊的設(shè)計(jì)。

2.1 數(shù)據(jù)傳輸 基于RTP/RTCP的MPEG-4視頻傳輸流程是:在服務(wù)器端，MEPG-4視頻流分別被封裝上RTP報(bào)頭、TCP報(bào)頭和IP報(bào)頭，組成相應(yīng)的IP數(shù)據(jù)包，然后IP數(shù)據(jù)包通過Internet向接收端發(fā)送?？蛻艚邮斩耸盏絀P包后按相反的順序?qū)TP報(bào)頭和視頻數(shù)據(jù)提取出來，根據(jù)RTP報(bào)頭中的序列號將視頻數(shù)據(jù)放入緩存供解碼器解碼輸出。

2.1.1 視頻數(shù)據(jù)封裝 將視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，需要對其進(jìn)行打包，加上時(shí)間、同步等信息。MPEG-4視頻數(shù)據(jù)的封裝格式表所示:

2.1.2 視頻數(shù)據(jù)發(fā)送 Linux系統(tǒng)通過socket編程來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，套接字有三種類型:流式套接字(SOCK STREAM)，數(shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK DGRAM)及原始套接字。按照系統(tǒng)瀏覽器/服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型，在服務(wù)器端建立了以SOCKET為類型的監(jiān)聽套接字、控制套接字;在客戶端建立了SOCKET類型的請求套接字、控制套接字，這些都是采用TCP協(xié)議封裝傳輸數(shù)據(jù)的。

2.2 車速檢測 速度是判斷車輛是否超速的唯一依據(jù)，所以如何獲得車速是本系統(tǒng)的核心。目前公路超速標(biāo)準(zhǔn)對大型車和小型車的速度限制有不同的規(guī)定，當(dāng)前判斷車型的算法也比較多，有根據(jù)車牌顏色識別車型的，也有根據(jù)車輛的長度識別車型的，在這里運(yùn)用后者進(jìn)行車型識別。

本系統(tǒng)采用環(huán)型線圈車輛檢測器，線圈車輛檢測系統(tǒng)由地感線圈、線圈檢測器組成，它在每個(gè)車道前后埋設(shè)兩個(gè)線圈，其中，前線圈稱“測速線圈”，后線圈稱“抓拍線圈”。對于線圈測速，經(jīng)常用到的方法是對于經(jīng)過的車輛，分別取得車輛進(jìn)入兩個(gè)線圈的時(shí)刻，相減獲得車輛通過線圈所需的時(shí)間，配合線圈的寬度和距離，即可求得車速。軟件編寫流程如下所示:①檢測線圈1狀態(tài)變化，記下 車輛進(jìn)入時(shí)間dwStart。②檢測線圈變化及車輛是否離開標(biāo)志位，記下車輛離開線圈1時(shí)間dwEnd。③檢測線圈2狀態(tài)變化，記下車輛進(jìn)入時(shí)間dwSecond。④計(jì)算得到車速dbSpeed，車長 dbCarLength。⑤根據(jù)車的類型和速度，判讀車輛是否超速，超速，則拍局部照片。⑥車離開第二個(gè)線圈，拍全景照片。

3 結(jié)束語

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等綜合運(yùn)用于高速公路管理體系，建立起一種在大范圍內(nèi)、全能的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的高速公路綜合管理系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于ARM和Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某高速公路的路段監(jiān)控中，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了較好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn):

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