遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 劉曉玲 蔡希彪 楊海龍

基于S 3 C 2 4 1 0的多點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控報警反饋系統(tǒng)的研究

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 劉曉玲 蔡希彪 楊海龍

信息技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代生活提供了諸多便利，生活每時每刻都在以視頻流的形式展現(xiàn)著生命的軌跡。本文以S3C2410處理器為硬件平臺和Linux操作系統(tǒng)為系統(tǒng)平臺，并輔以USB技術(shù)和GPRS無線通信技術(shù)，以及視頻的編解碼技術(shù)而搭建起來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻信息的實(shí)時采集、傳輸和處理，同時還根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)對視頻目標(biāo)的預(yù)警監(jiān)控、定位跟蹤以及聲光和短信報警等功能。

S3C2410；視頻監(jiān)控；Linux；視頻編碼

0 引言

隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人們對視頻實(shí)時監(jiān)控需求的提升，使得嵌入式技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域顯現(xiàn)出了逐步廣泛的應(yīng)用前景。視頻監(jiān)控技術(shù)也由前期的模擬階段發(fā)展到如今的全數(shù)字階段，技術(shù)手段不斷趨于成熟。本文介紹了一種視頻監(jiān)控的解決方案，本遠(yuǎn)程系統(tǒng)可以應(yīng)用在學(xué)校、機(jī)場、車站等公共場合，來方便安防人員的工作。

1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的核心控制模塊為三星公司生產(chǎn)的S3C2410，其余主要模塊有攝像頭、存儲區(qū)域、用戶監(jiān)控設(shè)備、報警模塊等。整個系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，首先由安裝在外部的多個攝像頭采集視頻信息，通過攝像頭接口模塊把視頻信息傳送到主控芯片S3C2410，視頻信息經(jīng)過處理后存儲到RAM/FLASH中以備后期數(shù)據(jù)的使用，當(dāng)視頻信息超出前期預(yù)設(shè)的規(guī)范，報警模塊就會報警，并向主控器發(fā)出報警請求，主控器收到報警請求之后，由GPRS將報警信息報告給用戶監(jiān)控設(shè)備，通知相關(guān)人員采取相應(yīng)措施。

1.1 硬件系統(tǒng)平臺

硬件平臺采取三星公司的S3C2410，它的作用是協(xié)調(diào)并控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行，并對的采集的視頻信息進(jìn)行處理。該處理器內(nèi)部集成了ARM920T處理器核的32位微控制器[2]。在此基礎(chǔ)上還需要JATG下載調(diào)試接口，并擴(kuò)展了下面將要介紹的一些硬件資源。

1.2 攝像頭

攝像頭的作用是視頻的采集，這里采集設(shè)備采取帶USB接口的攝像頭，它可以同時將多個攝像頭通過無線連接到攝像頭模塊接口， USB核心在系統(tǒng)中起著重要的作用，它提供了一些專用的API供設(shè)備驅(qū)動層操作，而對主控制器的操作則由系統(tǒng)完成了，USB核心層對主控制器層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作了封裝。

1.3 RAM/FLASH數(shù)據(jù)存儲

這里我們用兩片HY57V561620來構(gòu)成SDRAM存儲系統(tǒng)，用它來存儲由GPRS無線模塊發(fā)送過來的外部攝像頭所采集的視頻數(shù)據(jù)，為后期數(shù)據(jù)的處理做準(zhǔn)備，由于NAND Flash容量大但成本低，所以我們用一片64M的K9F1208U0B所構(gòu)成的Flash模塊來存儲程序代碼、操作系統(tǒng)以及一些其它的數(shù)據(jù)文件[3]。

針對多路視頻可能存在的沖突問題，采用的解決方式是，使用多路控制器來進(jìn)行多點(diǎn)視頻存儲和監(jiān)控，這種情況不存在視頻畫面切換問題，當(dāng)使用一臺控制主機(jī)進(jìn)行多點(diǎn)視頻的監(jiān)控時可以在存儲設(shè)備不變的情況使用視頻光端機(jī)進(jìn)行并聯(lián)多路視頻存儲和監(jiān)控，畫面切換時因?yàn)榇鎯?shù)據(jù)的切換存在一定延遲所以畫面顯示也存在一定的延遲，為了盡量縮短延遲，在開始加載視頻幀數(shù)據(jù)時可以先快速加入前期視頻畫面，等到加入存儲視頻的前數(shù)據(jù)之后，再進(jìn)行視頻的特殊處理，將視頻慢慢調(diào)整到最佳效果，這種方式好處是加載數(shù)據(jù)快，但不足是視頻畫質(zhì)可能有一個逐步清晰的過程，但這在一定程度是可以接受的。

1.4 報警模塊

報警模塊這里采用的是報警器加上相應(yīng)的外圍電路，當(dāng)視頻超出設(shè)定的規(guī)范時，此模塊向主控模塊發(fā)出報警信息，然后主控模塊將報警信息通過遠(yuǎn)程無線傳輸模塊GSM/GPRS模塊將報警信息傳送到用戶的監(jiān)控設(shè)備[4]， GSM/GPRS模塊支持短信功能，所以監(jiān)控設(shè)備在收到報警信息，還可以通過設(shè)置將信息發(fā)送到特定人員的手機(jī)里，讓安防人員快速的采取相應(yīng)措施。

1.5 用戶監(jiān)控設(shè)備

用戶監(jiān)控設(shè)備一般指的是電腦，也可以是其他設(shè)備。它用于儲存主控設(shè)備處理并傳輸過來的視頻，這些視頻可以保存特定時期，過了這個設(shè)定日期，會將過期視頻自動清除，后期人們可以調(diào)取這些監(jiān)控視頻來查看監(jiān)控情況，當(dāng)然在系統(tǒng)設(shè)定了一定的監(jiān)控規(guī)范時，當(dāng)有特殊情況出現(xiàn)時，用戶監(jiān)控設(shè)備可以收到報警信息，監(jiān)控人員可以根據(jù)情況采取相應(yīng)的措施。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 嵌入式 Linux操作系統(tǒng)移植

所謂Linux操作系統(tǒng)的移植是指把Linux系統(tǒng)由一個平臺經(jīng)過特定配置之后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)平臺上運(yùn)行的過程。嵌入式系統(tǒng)一般包括軟硬件平臺，移植Linux操作系統(tǒng)不經(jīng)要配置Linux代碼，還要配置硬件平臺S3C2410的硬件平臺的代碼[5]。

首先對引導(dǎo)程序Bootloader的移植，本系統(tǒng)選擇的引導(dǎo)程序是U-boot，它的配置分為兩個階段。

第一階段U-boot的配置過程如下：

（1）硬件設(shè)備的初始化。（2）配置加載引導(dǎo)程序所需要的RAM空間。（3）拷貝Bootloader第二階段代碼到RAM中。（4）配置堆?？臻g。（5）程序跳轉(zhuǎn)到第二階段C語言入口地址處。

第二階段U-boot配置過程如下：

（1）初始化本階段所需硬件設(shè)備。（2）系統(tǒng)內(nèi)存映射的監(jiān)測。（3）準(zhǔn)備啟動U-boot的命令。（4）配置內(nèi)核啟動參數(shù)。

其次是對Linux內(nèi)核的移植，Linux內(nèi)核的移植步驟如下：

（1）配置交叉編譯器的路徑。（2）配置系統(tǒng)晶振頻率。（3）修改NandFlash分區(qū)信息。（4）禁用NandFlash ECC校驗(yàn)。

最后構(gòu)建根文件系統(tǒng)，Linux啟動的最后階段要掛載根文件系統(tǒng)，根文件系統(tǒng)是Linux內(nèi)部文件的一種組織形式，它是為了方便用戶組織和管理Linux內(nèi)部文件，更為方便的和Linux系統(tǒng)交互而準(zhǔn)備的。它組織的方式是用不同的文件名來區(qū)分或放置不同功能的指令或文件。

在進(jìn)行了上面幾個步驟的操作之后，還要對Linux系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的裁剪，去掉不需的部分，加載所需要的模塊到Linux內(nèi)核并對其進(jìn)行相應(yīng)的編譯。這樣可以在有限的硬件資源條件下，提高系統(tǒng)的資源利用率，最后是燒寫生成的Linux內(nèi)核鏡像到硬件平臺中即可完成軟件系統(tǒng)平臺的搭建。

2.2 視頻圖像的編碼

對視頻圖像進(jìn)行編碼是為了在保證圖像失真度可以容忍的前提下，將采集的圖像信息進(jìn)行壓縮處理，這樣可以減小數(shù)據(jù)量，也方便視頻信息的傳輸。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)由嵌入式微處理器和存儲設(shè)備以及攝像頭等器件所構(gòu)成，在進(jìn)行了硬件和軟件聯(lián)調(diào)之后，初步實(shí)現(xiàn)了視頻信息的采集、傳輸和處理等前面介紹的功能，并實(shí)現(xiàn)了對視頻目標(biāo)得進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警、定位跟蹤等功能，并可以實(shí)現(xiàn)對特定目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識追蹤。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以通過多個攝像頭同時對不同地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，信息傳輸都是通過無線傳輸，無需相應(yīng)的線纜傳輸，報警不僅可以傳到用戶監(jiān)控的電腦等固定監(jiān)控設(shè)備，還可以通過GSM/GPRS模塊進(jìn)行短信預(yù)警，具有很好的實(shí)時性和實(shí)際應(yīng)用價值。

[1]宋寶華.Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解(第2版)[M].北京:人民郵電出版社,2016,1.

[2]徐英慧,馬忠梅,等.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計—基于S3C2410與Linux(第3版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2015,5.

[3]錢華明,劉英明,等.基于SC32410嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制,2009,6.

[4]師娟.基于ARM9的嵌入式Linux移植[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2008(30): 11-13.

[5]陳明,梁興東,等.基于H.264的嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].微計算機(jī)信息,2008(24).

劉曉玲，女，碩士研究生，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)，主要研究方向：移動通信與無線技術(shù)。

蔡希彪，男，副教授，主要研究方向：移動通信與無線技術(shù)。

楊海龍，男，碩士研究生，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)，主要研究方向：移動通信與無線技術(shù)。