摘要：提出了一種新型的嵌入式網(wǎng)絡智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)構架方案，該方案由視頻分析單元、視頻服務器、一級客戶端、二級客戶端組成；系統(tǒng)地分析了各個部分的關鍵技術并給出了具體設計和實現(xiàn)方案。多級客戶端的結構可以提供對多個嵌入式智能視頻監(jiān)控器的系統(tǒng)管理，可以實現(xiàn)對多個監(jiān)控場景的全面、無縫監(jiān)控。系統(tǒng)基于Davicn TMS320DM6446芯片實現(xiàn)。實驗表明，該系統(tǒng)安全可靠，可擴充性強，應用靈活。

關鍵詞：智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)； 嵌入式系統(tǒng)； 網(wǎng)絡監(jiān)控； Davicn TMS320DM6446； 智能視頻分析

中圖分類號：TN91134； TP368.1文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)04006803

Design and realization of embedded intelligent video monitoring system based on network

ZHAO Yaochi1， HU Zhuhua2， HU Shiyu3

（1. College of Information Science Technology， Hainan University， Haikou 570228，China;

2. College of Applied Science and Technology， Hainan University， Haikou 571101， China;

3. Antai College of Economics Management， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200030， China）

Abstract： A new architecture scheme of the intelligent video monitoring system composed of video analysis unit， video server and two level clientsides is proposed. The key technologies of each assembly is analyzed. The detail design and realization scheme are given. The architecture of multistage clientside can systematically manage several embedded intelligent video monitoring units. The system can support comprehensive and seamless monitoring. The system is based on the Davicn TMS320DM6446 chip. The experiments show that the system is safe and reliable， and has strong scalability and flexible application.

Keywords： intelligent video monitoring system; embedded system; network monitoring; Davicn TMS320DM6446; intelligent video analysis

收稿日期：20110827

基金項目：海南大學應用科技學院資助項目（yykjky20103）;海南大學青年基金資助項目(qnjj1185)0引言

視頻監(jiān)控技術經歷了3個主要的發(fā)展階段［1］：第1代是以磁帶存儲為主要特征的本地模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（VTR 時代）；第2代是以ISDN 網(wǎng)絡為基礎、并綜合應用數(shù)字壓縮、時隙交換和數(shù)字硬盤錄像機的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR時代）；第3代是基于IP 網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。伴隨網(wǎng)絡技術數(shù)字視頻技術和圖像技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控正向智能化的方向發(fā)展，即智能視頻監(jiān)控。與非智能化得視頻監(jiān)控相比，智能視覺監(jiān)控能實現(xiàn)主動監(jiān)控，采用智能算法對監(jiān)控到的畫面進行智能分析，進而進行相應的動作。

智能視頻監(jiān)控有基于PC機的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)［23］和嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)［4］。兩者相比，嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有便攜、低功耗、應用領域廣泛等優(yōu)勢，隨著嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大量應用、批量生產，其成本優(yōu)勢也將得到體現(xiàn)。嵌入式智能監(jiān)控產品已是監(jiān)控市場發(fā)展趨勢。

本文設計并實現(xiàn)了一種基于達芬奇DM6446［56］平臺的嵌入式網(wǎng)絡智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種新型的嵌入式網(wǎng)絡智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)構架方案，該方案由視頻分析單元、視頻服務器、一級客戶端、二級客戶端組成的，文中系統(tǒng)地分析了各個部分的關鍵技術并給出了具體的設計、實現(xiàn)方案。多級客戶端的結構可以提供對多個嵌入式智能視頻監(jiān)控器的系統(tǒng)管理，并可以實現(xiàn)對多個監(jiān)控場景的全面、無縫監(jiān)控。本系統(tǒng)基于davicn TMS320DM6446芯片實現(xiàn)，實驗表明該系統(tǒng)安全可靠，可擴充性強，應用靈活。

1系統(tǒng)體系結構

如圖1所示，整個系統(tǒng)由視頻采集、視頻服務、智能視頻分析、智能客戶端、網(wǎng)絡存儲、電視墻等組成。視頻服務器負責整個系統(tǒng)的控制與協(xié)調；智能視頻分析單元負責實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的智能分析；智能客戶端作為一級客戶端主要是實現(xiàn)流媒體的實時播放，與監(jiān)控管理相關的各種控制操作，與智能視頻分析相關的規(guī)則設置、分析軟件的更新等；網(wǎng)絡存儲和電視墻作為二級客戶端分別用于視頻回放，實時視頻監(jiān)視。

圖1系統(tǒng)體系結構2軟硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)基于TMS320DM6446的實現(xiàn)。TMS320DM6446 是TI C6000 系列中速度達到4 800 MIPS的雙核處理器，集成了高速C64x + DSP 處理器和ARM926EJ2S處理器。針對DSP核具有高速的數(shù)據(jù)處理能力和ARM 核優(yōu)于對外設進行控制的特點，該系統(tǒng)中ARM主要負責內部數(shù)據(jù)傳輸控制、外設控制，即ARM作為視頻服務器，DSP作為智能視頻分析單元。

本系統(tǒng)的軟件分為3個部分：視頻服務器部分采用monta vista linux嵌入式操作系統(tǒng)；智能視頻分析單元運行匯編語言編寫的視頻分析算法，無單獨操作系統(tǒng)，由視頻服務器Linux來調度執(zhí)行；智能客戶端在PC上VC++實現(xiàn)，智能客戶端和視頻服務器間的通信通過Socket實現(xiàn)。

3功能模塊實現(xiàn)方案

3.1視頻采集

系統(tǒng)采用TI公司的視頻解碼芯片TVP5146［7］ 實現(xiàn)A/D 轉換，由DM6446的I2C對其控制，數(shù)字信號經過電平轉換后送至DM6446的VPFE模塊。

3.2視頻服務器

視頻服務器由ARM子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、VPSS、視頻自動環(huán)出、外圍設置及控制電路組成，負責系統(tǒng)的控制與協(xié)調，視頻處理等［56］。

視頻處理模塊VPSS（VPEE和VPBE）包括視頻的編解碼、視頻輸入輸出、視頻放大。DM6446中集成了VPSS。視頻信號輸入到視頻處理前端（VPEE）后直接通過EDMA方式送至DDR中指定的空間存儲。當VP5146轉換完一幀圖像，產生EDMA中斷信號，并在EDMA 中斷服務程序中由DSP子系統(tǒng)完成智能視頻分析的任務。視頻數(shù)字信號經處理后通過視頻后端（VPBE）放大經網(wǎng)絡傳出，或者轉換成NTSL/PAL制式的電視信號傳輸?shù)诫娨晧Α?/p>

為了保證系統(tǒng)的魯棒性，本系統(tǒng)設計了視頻自動環(huán)出功能。在視頻服務器或智能視頻分析單元出現(xiàn)故障的情況下，視頻自動環(huán)出能控制視頻雙通道切換，直接輸出前端的復合視頻信號。在故障的情況下不影響視頻信號的傳輸，保證信號的連續(xù)性，保證系統(tǒng)的魯棒性。

另外視頻服務器中還包含網(wǎng)絡接口模塊、存儲模塊、電源管理與復位模塊、串口模塊等。

3.3智能視頻分析單元

智能視頻分析單元負責對視頻圖像進行編解碼、分析，得到對監(jiān)控場景的理解，智能視頻分析系統(tǒng)的性能很大程度上依賴于其中智能視頻分析算法的精度和效率，所以算法的合理設計至關重要。目前智能視頻分析算法有很多種，但各自有其局限性，為某一應用選擇合適的算法，往往從速度、精度還有應用范圍等方面做綜合權衡［7］。本系統(tǒng)主要針對禁區(qū)入侵智能監(jiān)控的應用，為該應用設計了一套快速實用的智能視頻分析算法，其視頻分析過程如圖2所示。

圖2智能視頻分析算法流程圖本系統(tǒng)中的智能視頻分析單元由DM6446的DSP內核運行智能視頻分析算法來實現(xiàn)。

3.4智能客戶端

智能客戶端作為監(jiān)控者與視頻服務器的人機交互在智能監(jiān)控系統(tǒng)中扮演著重要作用，本系統(tǒng)在PC機Windows VC++6.0環(huán)境下實現(xiàn)，智能客戶端與視頻服務器之間采用CS的模式構建，客戶端程序采用了2個類對象分別來實現(xiàn)人機界面功能、網(wǎng)絡通信功能，其與視頻服務器之間的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3智能客戶端與視頻服務器的數(shù)據(jù)流智能客戶端能自動搜索局域網(wǎng)中所有的設備（嵌入式智能視頻監(jiān)控器），并對搜索到的設備提供身份驗證、實時視頻場景監(jiān)控，用戶權限管理、日期時間管理、設備信息管理、報警規(guī)則設置、報警任務設置，報警信息查詢、固件升級等服務。

智能客戶端本身不存在有數(shù)據(jù)的存取，其每一個操作都必須與視頻服務器通信，多個操作可能會同時發(fā)生（例如：固件升級和報警產生同時發(fā)生），本系統(tǒng)中采用多線程的方式來實現(xiàn)多個任務的并行或串行，分別為自動搜索設備線程、配置數(shù)據(jù)通信線程、視頻場景監(jiān)控線程、固件升級線程，其流程圖如圖4所示。

圖4智能客戶端多任務運行流程圖客戶端系統(tǒng)啟動后，進入到自動搜索界面，創(chuàng)建自動搜索設備線程，在該線程中與視頻服務器通信，采用TCP/IP協(xié)議，確認對方設備在工作狀態(tài)后，顯示所有正常工作的設備，創(chuàng)建配置數(shù)據(jù)通信線程、視頻場景監(jiān)控線程，并銷毀自動搜索設備線程。

配置數(shù)據(jù)通信線程負責顯示視頻服務器端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，發(fā)送用戶的配置數(shù)據(jù)給視頻服務器，網(wǎng)絡通信采用TCP/IP協(xié)議。

視頻場景監(jiān)控線程實現(xiàn)解碼視頻圖像并顯示，網(wǎng)絡通信采用UDP協(xié)議，在該線程中使用了CXIMAGE類對象來解碼和顯示視頻圖像。配置數(shù)據(jù)通訊線程和視頻場景監(jiān)控線程在客戶端程序運行時一直存在。

固件升級線程只有在用戶進行了“版本升級”操作時才啟用，其中的網(wǎng)絡通信采用FTP協(xié)議，當固件升級完畢，銷毀該線程。

3.5二級客戶端

二級客戶端包括網(wǎng)絡存儲單元和電視墻。

網(wǎng)絡監(jiān)控存儲單元通過DM6446的ATA接口，存儲經過智能視頻分析后的視頻數(shù)據(jù)，以供監(jiān)控視頻回放。由于存放的是處理后的視頻數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)智能搜索，從海量的視頻數(shù)據(jù)中迅速定位，大大提高系統(tǒng)的使用效率。智能客戶端（一級客戶端）本身沒有存儲功能，只提供實時監(jiān)控功能，網(wǎng)絡監(jiān)控存儲單元作為智能記憶單元，為一級客戶端提供時間上的補充。

智能客戶端主要的功能在于配置管理視頻服務器，在監(jiān)控功能上只能提供一個場景點的監(jiān)控。電視墻可同時監(jiān)控多個場景，給系統(tǒng)提供更加全面完善的監(jiān)控，為一級客戶端提供空間上的補充。

4系統(tǒng)測試

本文提出的構架方案和實現(xiàn)方案已通過測試。圖5~圖7為某場景禁區(qū)入侵測試報警效果截圖。其中圖5為某室內場景圖，圖6中為該場景設置了禁區(qū)規(guī)則，圖中的黑色粗實線就是通過客戶端設置的禁區(qū)絆線，從線上通過則會觸發(fā)報警，圖7為規(guī)則觸犯后報警圖，線框部分為檢測到的入侵目標。