程向嬌 黃言態(tài) 溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 315035

無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)

程向嬌 黃言態(tài) 溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 315035

本文介紹了基于Motorola 的龍珠處理器上開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本系統(tǒng)采用高性能ARM9芯片，通過(guò)i.MX的CMOS采集攝像頭圖像數(shù)據(jù), 并將采集的圖像數(shù)據(jù)幀經(jīng)JPEG 壓縮；通過(guò)WIFI 無(wú)線(xiàn)發(fā)送/接收模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞嵌入式Linux;設(shè)備驅(qū)動(dòng);ARM；視頻采集Abstract The paper introduces the key technology based o the development of wireless dragon video monitoring system. This system adopt the high-performanc ARM9 chip , The i.MX’s CMOS collects th camera image data,the data frame compresse the image collecting and after JPEG; WIFI th wireless sending/ taking-over module carries ou image data transmission. Key words Embedded Linux；Device drivers；ARM；Video_capturing

, neeset

1、引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 信息采集不再停留在文字類(lèi)型上。實(shí)時(shí)的、高品質(zhì)的圖像信息是許多決策者和科技人員獲得動(dòng)感和感性認(rèn)識(shí)的源泉。視頻采集在這方面發(fā)揮了很大的作用, 越來(lái)越受到人們的重視。

傳統(tǒng)的基于同軸電纜的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、可靠性低且價(jià)格昂貴，同時(shí)基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強(qiáng)，但穩(wěn)定性不好,視頻前端較為復(fù)雜，可靠性不高。

本文中提出了一種嵌入式無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng),使用高性能ARM9 芯片作微處理器, 控制攝像頭視頻數(shù)據(jù)采集, 采集的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)JPEG 壓縮后, 在ARM9 芯片的控制下通過(guò)WIFI無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳輸；在接收端，服務(wù)端將接收到的壓縮數(shù)據(jù)幀重組、復(fù)合解壓成視頻圖像并顯示, 實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)視頻的監(jiān)控。因?yàn)榘l(fā)送端和接收端是一個(gè)相反過(guò)程，所以本文重點(diǎn)介紹圖像的采集以及WIFI發(fā)送兩大關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)。

2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1 無(wú)線(xiàn)視頻采集系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示:以Motorola 公司設(shè)計(jì)的處理器i.MX為核心，包括圖像采集終端（因?yàn)閿z像頭的輸入是模擬信號(hào)，所以需要A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備SAA713H）、2.4G WIFI 無(wú)線(xiàn)發(fā)送/接收模塊、圖像顯示等幾個(gè)模塊組成。

Motorola 公司設(shè)計(jì)的處理器i.MX是一款先進(jìn)的嵌入式ARM 處理器,集成了CMOS傳感器接口(CSI) , 它是個(gè)邏輯接口, 使得i.MX可以直接與外部的CMOS圖像傳感器連接。CSI 接口具有以下特點(diǎn):

(1) 可配置的接口邏輯, 支持常用的CMOS 傳感器;

(2) 針對(duì)YCC 或Beyer2RGB 數(shù)據(jù)輸入的8 位并行數(shù)據(jù)端口;

(3) 用于圖像存儲(chǔ)的FIFO , 支持處理器的數(shù)據(jù)讀入和DMA 數(shù)據(jù)傳輸;

(4) 可配置的輸出到傳感器的主控時(shí)鐘頻率;

（5) 攝像自動(dòng)曝光和自動(dòng)平衡控制的數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

CMOS傳感器采集圖像數(shù)據(jù)以DMA方式傳送到由i.MX 為核心的MX1系統(tǒng),每幀圖像640*480 字節(jié)(大小可設(shè)) , 每秒可以獲取15 幀圖像信息。MX1系統(tǒng)對(duì)接收到的圖像數(shù)進(jìn)行壓縮, 中央控制和數(shù)據(jù)處理中心主要完成視頻采集終端控制和視頻圖像壓縮, 并將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)編碼處理后發(fā)送到nRF2401無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊。

視頻接收模塊的中央控制和數(shù)據(jù)處理中心主要完成以下任務(wù):nRF2401 接收視數(shù)據(jù),i.MX先解碼接收的數(shù)據(jù), 再通過(guò)LCDC接口把輸出通過(guò)LCD顯示（由于我們的顯示設(shè)備是模式設(shè)備，所以在這中間加入了模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備FS453）或其他接口將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l應(yīng)用服務(wù)端以便別的用途。

3、關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)

3.1 MPEG-4編碼程序設(shè)計(jì)

由于采用的是模擬攝像頭，所以從模擬攝像頭采集的數(shù)據(jù)（PAL制式）首先要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成YUV4:2:2格式的數(shù)字圖像，然后再經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊轉(zhuǎn)換成YUV4:2:0格式，之后才能進(jìn)行MPEG-4的圖像壓縮。

摩托羅拉公司i.MX21應(yīng)用程序處理器集成了Hantro Products公司的4350硬件視頻編解碼器，能以30fps速率同時(shí)實(shí)現(xiàn)CIF分辨率的編解碼，所以我們只需要根據(jù)Hantro公司提供的API函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)符合項(xiàng)目需求的MPEG-4編解碼程序，圖像壓縮流程如下(圖2)。

首先壓縮流程會(huì)先調(diào)用MP4API_EncoderInit()函數(shù)對(duì)編碼器進(jìn)行初始化并設(shè)置編碼參數(shù)為默認(rèn)狀態(tài)，應(yīng)用程序可以通過(guò)MP4API_EncoderConfig()函數(shù)對(duì)相應(yīng)的編碼參數(shù)進(jìn)行修改，當(dāng)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置完畢后，我們就可以通過(guò)調(diào)用MP4API_EncoderStartStream()來(lái)生成MPEG-4壓縮數(shù)據(jù)流相應(yīng)的幀頭，同時(shí)通過(guò)讀取從緩存中過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，調(diào)用MP4API_Encode()來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行MPEG-4的壓縮，當(dāng)數(shù)據(jù)流結(jié)束時(shí)，調(diào)用MP4API_EncodeEndSteam，然后再調(diào)用MP4API_EncodeSteam關(guān)閉編碼器。WiFi模塊設(shè)計(jì)

3.2 WiFi模塊系統(tǒng)架構(gòu)

WiFi模塊主要由基帶處理器和射頻前端兩部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。

設(shè)計(jì)中的2.4G無(wú)線(xiàn)音視頻傳輸模塊主要由射頻收發(fā)器RF2958、基帶處理器RF3002、射頻功率放大器RF5189，收發(fā)開(kāi)關(guān)、濾波器和電源模塊等組成。

WIFI的硬件接口設(shè)計(jì)電路如下圖，當(dāng)媒體控制層MAC需要建立和修改RF3002的各種模式時(shí)，該控制端口被使用，并為SPI模式，RF3002為從片。本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)可視門(mén)禁系統(tǒng)的WiFi接入正是基于SPI接口設(shè)計(jì)的。

SPI 總線(xiàn)是Motorola公司推出的三線(xiàn)同步接口，同步串行3線(xiàn)方式進(jìn)行通信:一條時(shí)鐘線(xiàn)SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)MISO，用于 CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊[24]。

4、結(jié)語(yǔ)

在i. MX上運(yùn)行嵌入式Linux 操作系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)嵌入式視頻采集的功能, 結(jié)合先進(jìn)的WIFI技術(shù), 使用非常方便、靈活。另外,為克服嵌入式系統(tǒng)資源緊張, 處理器運(yùn)算能力和資源不及PC機(jī)的缺點(diǎn), 可以將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理, 如使用JPEG壓縮算法,可以減少數(shù)據(jù)傳送量, 提高畫(huà)面質(zhì)量。

[1]黃言態(tài).基于linux嵌入式無(wú)線(xiàn)視頻采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).機(jī)電工程.2008

[2]俞堯亮.面向智能終端的嵌入式軟件平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究.寧波大學(xué).2009

[3]劉國(guó)建.數(shù)字無(wú)線(xiàn)電子終端關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用開(kāi)發(fā).寧波大學(xué).2009

[4]楊穎，陳之龍等.基于USB攝像頭的嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng).微計(jì)算機(jī)信息. 2007.2

[5]王祖林,龍翔等.龍珠i. MX結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ). 北京: 北京航空航天出版社. 2004.1

[6]趙昌永,王勇等.一種基于嵌入式Linux的視頻采集系統(tǒng).儀器儀表學(xué)報(bào).2005.8

[7]趙安邦,陳華等.基于PXA250嵌入式系統(tǒng)的視頻采集系統(tǒng).微型機(jī)與應(yīng)用. 2005.5

[8]王劍非，孟彥杰等.基于linux操作系統(tǒng)的視頻采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息.2007.8

Chen Xiangjiao Huang Yantai

(Electrical and electronic Department,Wenzhou Vocational&Technical College,Wenzhou;)

圖2 圖像壓縮流程

圖3 WiFi接入模塊硬件結(jié)構(gòu)

圖 4 WIFI接口電路

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.075