無線視頻監控關鍵技術研究及開發

程向嬌 黃言態 溫州職業技術學院 315035

無線視頻監控關鍵技術研究及開發

程向嬌 黃言態 溫州職業技術學院 315035

本文介紹了基于Motorola 的龍珠處理器上開發無線視頻監控系統的關鍵技術。本系統采用高性能ARM9芯片，通過i.MX的CMOS采集攝像頭圖像數據, 并將采集的圖像數據幀經JPEG 壓縮；通過WIFI 無線發送/接收模塊進行圖像數據傳輸。關鍵詞嵌入式Linux;設備驅動;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

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1、引言

隨著信息技術的飛速發展, 信息采集不再停留在文字類型上。實時的、高品質的圖像信息是許多決策者和科技人員獲得動感和感性認識的源泉。視頻采集在這方面發揮了很大的作用, 越來越受到人們的重視。

傳統的基于同軸電纜的視頻監控系統結構復雜、穩定性差、可靠性低且價格昂貴，同時基于個人計算機的視頻監控系統終端功能較強，但穩定性不好,視頻前端較為復雜，可靠性不高。

本文中提出了一種嵌入式無線視頻監控系統,使用高性能ARM9 芯片作微處理器, 控制攝像頭視頻數據采集, 采集的視頻數據經JPEG 壓縮后, 在ARM9 芯片的控制下通過WIFI無線發送模塊進行視頻數據傳輸；在接收端，服務端將接收到的壓縮數據幀重組、復合解壓成視頻圖像并顯示, 實現無線視頻的監控。因為發送端和接收端是一個相反過程，所以本文重點介紹圖像的采集以及WIFI發送兩大關鍵模塊的實現。

2、系統總體結構

圖1 無線視頻采集系統

整個系統的結構如圖所示:以Motorola 公司設計的處理器i.MX為核心，包括圖像采集終端（因為攝像頭的輸入是模擬信號，所以需要A/D轉換設備SAA713H）、2.4G WIFI 無線發送/接收模塊、圖像顯示等幾個模塊組成。

Motorola 公司設計的處理器i.MX是一款先進的嵌入式ARM 處理器,集成了CMOS傳感器接口(CSI) , 它是個邏輯接口, 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:

(1) 可配置的接口邏輯, 支持常用的CMOS 傳感器;

(2) 針對YCC 或Beyer2RGB 數據輸入的8 位并行數據端口;

(3) 用于圖像存儲的FIFO , 支持處理器的數據讀入和DMA 數據傳輸;

(4) 可配置的輸出到傳感器的主控時鐘頻率;

（5) 攝像自動曝光和自動平衡控制的數據生產。

CMOS傳感器采集圖像數據以DMA方式傳送到由i.MX 為核心的MX1系統,每幀圖像640*480 字節(大小可設) , 每秒可以獲取15 幀圖像信息。MX1系統對接收到的圖像數進行壓縮, 中央控制和數據處理中心主要完成視頻采集終端控制和視頻圖像壓縮, 并將需要傳輸的數據經編碼處理后發送到nRF2401無線發射模塊。

視頻接收模塊的中央控制和數據處理中心主要完成以下任務:nRF2401 接收視數據,i.MX先解碼接收的數據, 再通過LCDC接口把輸出通過LCD顯示（由于我們的顯示設備是模式設備，所以在這中間加入了模/數轉換設備FS453）或其他接口將視頻數據傳輸到視頻應用服務端以便別的用途。

3、關鍵模塊實現

3.1 MPEG-4編碼程序設計

由于采用的是模擬攝像頭，所以從模擬攝像頭采集的數據（PAL制式）首先要經過模數轉換芯片轉換成YUV4:2:2格式的數字圖像，然后再經過預處理模塊轉換成YUV4:2:0格式，之后才能進行MPEG-4的圖像壓縮。

摩托羅拉公司i.MX21應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速率同時實現CIF分辨率的編解碼，所以我們只需要根據Hantro公司提供的API函數來設計實現符合項目需求的MPEG-4編解碼程序，圖像壓縮流程如下(圖2)。

首先壓縮流程會先調用MP4API_EncoderInit()函數對編碼器進行初始化并設置編碼參數為默認狀態，應用程序可以通過MP4API_EncoderConfig()函數對相應的編碼參數進行修改，當相應的參數設置完畢后，我們就可以通過調用MP4API_EncoderStartStream()來生成MPEG-4壓縮數據流相應的幀頭，同時通過讀取從緩存中過來的數據，調用MP4API_Encode()來對數據流進行MPEG-4的壓縮，當數據流結束時，調用MP4API_EncodeEndSteam，然后再調用MP4API_EncodeSteam關閉編碼器。WiFi模塊設計

3.2 WiFi模塊系統架構

WiFi模塊主要由基帶處理器和射頻前端兩部分組成，其硬件結構如圖所示。

設計中的2.4G無線音視頻傳輸模塊主要由射頻收發器RF2958、基帶處理器RF3002、射頻功率放大器RF5189，收發開關、濾波器和電源模塊等組成。

WIFI的硬件接口設計電路如下圖，當媒體控制層MAC需要建立和修改RF3002的各種模式時，該控制端口被使用，并為SPI模式，RF3002為從片。本文設計的無線可視門禁系統的WiFi接入正是基于SPI接口設計的。

SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數據輸入線MOSI，一條數據輸出線MISO，用于 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊[24]。

4、結語

在i. MX上運行嵌入式Linux 操作系統, 實現嵌入式視頻采集的功能, 結合先進的WIFI技術, 使用非常方便、靈活。另外,為克服嵌入式系統資源緊張, 處理器運算能力和資源不及PC機的缺點, 可以將圖像數據進行壓縮處理, 如使用JPEG壓縮算法,可以減少數據傳送量, 提高畫面質量。

[1]黃言態.基于linux嵌入式無線視頻采集系統實現.機電工程.2008

[2]俞堯亮.面向智能終端的嵌入式軟件平臺關鍵技術研究.寧波大學.2009

[3]劉國建.數字無線電子終端關鍵技術研究及其應用開發.寧波大學.2009

[4]楊穎，陳之龍等.基于USB攝像頭的嵌入式遠程視頻監控系統.微計算機信息. 2007.2

[5]王祖林,龍翔等.龍珠i. MX結構及應用基礎. 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.儀器儀表學報.2005.8

[7]趙安邦,陳華等.基于PXA250嵌入式系統的視頻采集系統.微型機與應用. 2005.5

[8]王劍非，孟彥杰等.基于linux操作系統的視頻采集卡驅動程序設計.微計算機信息.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接入模塊硬件結構

圖 4 WIFI接口電路

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.075