基于ARM9的无线视频监控系统的设计

第4期（总第122期）机械管理开发

2011年8月基于ARM9的无线视频监控系统的设计

樊莉莉，谢刚

（太原理工大学信息工程学院，山西太原

030024）

摘要：采用ARM9微处理器为核心，设计了基于ARM9的无线视频监控系统。通过嵌入式Linux系统采集到USB

摄像头的视频数据，将其经过JPEG编码压缩；在ARM9控制下，采集到的数据通过无线发送/接受模块，进行视频数据传输发送到接收端，再将视频数据通过RS232/RJ45网络接口提交给监控PC；再由视频应用服务端将接收到的压缩数据帧重组并复合，从而实现无线视频监控。系统结构简单、性能可靠，具有广泛应用前景。关键词：ARM；嵌入式Linux；JPEG；无线通信中图分类号：TP29

文献标识码：A

文章编号：1003-773X（2011）04-0195-03

0引言

随着社会的发展，网络视频监控系统在日常生产生活中的应用十分广泛。目前，视频监控系统正逐步由模拟化走向数字化，随着视频压缩技术和网络技术的发展，开发新一代的视频监控系统已成为行业技术发展的主要方向之一。嵌入式CPU、开放的Linux系统，使得远程视频等无线视频技术成为可能。传统的基于同轴电缆的模拟视频监控系统，由于结构复杂、性能差，容易受到地形和线路的限制，造价极高且浪费资源，不易推广应用[1]，逐步出现了无线嵌入式视频监控系统。本系统中，使用了低功耗高性能ARM9芯片作为处理器，实现了USB摄像头视频数据采集，并经JPEG压缩后通过无线网络发送接收，经过对数据帧的监控。

1总体设计方案

整个系统分别由视频采集模块、无线网络收发模块、视频传输、视频监控PC等组成[2]。其中视频采集模块包括：ARM开发系统、USB摄像头数据采集单元；无线网络收发模块主要是通过2.4G无线收发模块nRF2401来完成；视频传输模块主要由ARM系统及视频监控PC的MAC和UART接口组成。

Host和2个USBSlave控制器，具有64MBFlash和64MB

图1无线视频监控系统结构图

重组复合，形成视频图像，高效简洁地实现无线视频

图2视频采集硬件图

2系统设计与实现2.1

视频采集模块设计与实现

视频采集模块是通过嵌入式Linux操作系统调度

整个系统以S3C2440为核心的中央控制和数据处理中心，完成视频采集终端控制和视频图像压缩，并将数据编码后通过SIO发送给nRF2401无线发射模块，经过无线网络、nRF2401无线接收模块接收到数据，并将其提交给SIO模块，S3C2440解码数据后，通过

UART接口或是MAC接口，将视频数据传输给视频监控PC，系统结构，见图1。

S3C2440，主频高达400MHz，16Kb指令和数据

ARM系统开发硬件结构，见图2，其中处理器采用

V4L(vide041inux)及影像设备驱动程序来完成视频采集。V4L是Linux影像系统与嵌入式影像的基础，是Linuxkernel里支持影像设备的一组API。在Linux操

作系统中，外部设备被作为设备文件来管理，从而使得对外部设备的操作就转变成对设备文件的操作。其采集流程，见图3。

(chardev，v41-devicevd){}//dev为设备文件名，vd则是打

主要过程如下：1）打开视频设备。intv4l-open

CACHE，具有MMU管理单元、外部存储器及控制器

等。再者，S3C2440内置了USB控制器，有一个USB

开的类型。2）读取设备信息。intv4l-get-capability

收稿日期：2011-03-14作者简介：樊莉莉（1985-），女，山西临汾人，在读硕士研究生，研究方向为视频监控系统

·195·

(v4l-device3vd){}∥读取设备信GCAP控制命令来读取，图像信picture(v41-device3vd){}∥获取

非常低，多种低功率工作模式，节能设计方便。其Du oCeiverTM技术使它可用同一天线同时接收两个不同

nRF2401在发送/接收数据时，主要完成以下操频道的数据，为无线视频数据的传输提供了有利条件。作：1）初始化发送端、接收端：完成I/O端口的设置，使能发送器/接收器，并启动计数器等。2）发送器/接收器配置：先打开配置方式，再配置发送/接收器，然后使能收发功能。3）发送/接收数据处理：完成对数据包的发送/接收操作。4）读取A/D转换结果：AD转换结束以后，读取A/D转换结果数据，并开始接受新的转换。2.4

视频传输模块设计

本系统采用了网络接口进行数据传输，并考虑到

息可以通过ioctl函数的VIDIOC 息可由VIDIOCGPICT来读取。3）开始视频采集。intv4l-get-输入的影像信息；有内存映射和直接从设备读取两种方式。4）关闭视频设备。intv4l-close(v41-devicevd){}，根据流程图可对其进行相应操作。当摄像头通过USB接口连接后，程序中调用V4LAPI对设备文件video（）的读操作，即可完成视频数据采

图3

视频采集流程图

集到内存中，视频数据可用文件的形式保存，也可压缩后封装进

UDP协议不可靠的数据传输，我们选择了可靠的数据而且建立连接时要进行三次握手，但是，它可保证传输

传输协议TCP，TCP协议数据包格式相比UDP要复杂，数据的可靠性。许多计算机操作系统为应用程序与它包括：通信的目标IP地址、使用的传输层协议、使用

数据包。本文是先将采集数据进行JPEG压缩后再封装进数据包，并传输到监控PC进行处理。2.2

视频压缩模块设计

因视频采集模块采集的视频数据信息量非常大，如果直接通过网络传输将会增加传输系统的负担，影响传输的效率。本文是用JPEG压缩编码算法对视频数据进行压缩。JPEG压缩用的是全彩影像标准，主要处理过程有：色彩模型转换、离散余弦—DCT变换、重排DCT结果、量化、编码等。

本系统采用了基于DCT变化顺序的JPEG压缩编码，流程图见图4。主要步骤为：先通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余，再用量化表对DCT系数进行量化，从而采用Huaffman可变字长编码对量化后的DCT系数进行编码，使其达到最小。经此流程后压缩率为75%，实验证明，既能满足传输的可靠性、实时性，也能满足视频监控对图像的清晰、真实的要求[3]。2.3

nRF2401无线接收/发射模本系统采用了nRF2401无线收发芯片完成传输。它是一款单片射频收发芯片，工作在ISM频段（2.4～2.5GHz），它内置了频率合成器、功率放大器、晶振、调制解调器等功能模块，它

的输出功率及通信频道等参数，图4视频压缩编码都可通过程序设置。芯片功耗流程图·196·块设计

TCP/IP协议交互提供了称为套接字（socket）的接口，的端口号参数，通过这三个参数的结合使用，可以区分来自不同应用程序进程或是网络连接的通信，从而实现数据传输的并发服务[4]。

本设计采用socket编程方式，socket套接字有流格式和数据报格式两种类型。流式套接字是可靠的双向通讯的数据流，自身提供一种错误控制机制，所以本系统采用了流格式套接字设计，视频传输模块与监控PC之间的通信过程，见图5

。

图5视频传输模块和监控PC

的通信过程

（下转第198页）

}

voidstop(void){

P0=0xff;}

3结束语

motor_delay();

P0=0xf9;//P0口低四位脉冲1001motor_delay();

P0=0xf3;//P0口低四位脉冲0011motor_delay();

P0=0xf6;//P0口低四位脉冲0110motor_delay();

单,程序编制也很容易。采用单片机直接控制步进电机技术,减少了系统设计的工作量,大大降低了开发成本,在一定范围内,有较高的推广和实用价值。在教学过程中，能够帮助学生理解单片机和步进电机的原理、特点和驱动方法。 …… 此处隐藏：3126字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……