基于ARM的智能小區遠程視頻監控系統

代治國，李興霞

（佳木斯大學 黑龍江 佳木斯 154007）

隨著嵌入式技術和計算機網絡技術的飛速發展，人們對生活和居住環境的要求越來越高，安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標。特別是對家居的安全要求越來越重視，常規技術是圖像獲取后進行記錄分析再做決策，缺乏時效性，這種技術產品已不能滿足當前的應用需求。本系統是將用戶3G手機和小區監控聯合起來進行設計，用戶通過隨身攜帶的3G手機能及時獲取家庭入侵者的圖像，采用了智能視頻識別技術，在事件發生之前能識別和判斷出可疑的行為[1]，并將圖像通過3G無線系統實時傳輸到用戶手機上，同時通過內部網絡傳輸到監控中心，從而實現小區遠程監控智能化、快速化的實時監控目的。本系統采用ARM11作為控制芯片，與遠程用戶采用3G無線技術的通信方式，與小區監控中心采用內部局域網的通信方式，本文提出了基于ARM的智能小區遠程視頻監控系統，并對該系統進行了設計。

1 總體設計

基于ARM的智能小區遠程視頻監控系統設計的核心部分是利用嵌入式系統進行實時監控，該系統是把有線通信方式和無線通信方式集成于嵌入式系統當中[2]，用戶通過智能3G手機查看家中入侵者的圖像并保存；實現3G手機用戶能隨時隨地便捷的使用手機進行視頻監控的功能。該系統帶有觸摸式液晶顯示屏，管理員通過液晶顯示屏設定系統所需要的各項參數，管理員可以現場設置訪問權限，登記被授權用戶數據信息和關鍵點視頻數據的現場恢復和查看操作功能。

每戶都有一個基于ARM的視頻監控器，通過小區內部局域網連入監控中心，同時，每戶的單片機通過3G無線網絡與用戶連接。嵌入式監控終端設備，用于采集室內現場圖像數據的設備，將設備安裝在室內，設備根據室內采集到的視頻流的改變，來決定是否要啟用該系統；當有入侵者時啟用該系統，否者，監控中心是不能查看用戶室內視頻的。因此，當有入侵者時，通過3G網絡進行圖像的實時傳輸，同時通過內部局域網將入侵者的圖像傳入監控中心。系統總體設計結構如圖1所示。

圖1 系統總體設計結構Fig.1 Overall design of the system structure

2 硬件設計

2.1 嵌入式微處理器

本系統選用32位RISC微處理器S3C6410嵌入式系統控制芯片，該芯片采用64/32位內部總線結構，包括多格式編解碼器、硬件加速器、視頻處理器等在內的豐富硬件資源，支持TFT24BitLCD顯示屏，顯示輸出接口支持RGB接口，顯示器可以接收來自Carema，FrameBuffer和其他模塊的圖像數據，可以對不同的圖像進行Overlay操作，并輸出到不同的接口[3]，比如LCD。硬件結構如圖2所示。

圖2 硬件結構Fig.2 Block diagram of hardware

2.2 以太網控制模塊

S3C6410搭載 DM9000網卡芯片，10/100Mbps以太網口，RJ45接口，把DM9000模塊與s3c6410連接，進行DM9000模塊的初始化并獲取網卡的參數，驅動模塊加載時，通過net_dev（）函數對網絡模塊初始化，再通過指針函數hader（）建立硬件數據幀頭信息，通過接口函數完成數據包發送，其設計框圖如圖3所示。

數據包接受產生一個中斷信號[4]，當網絡驅動程序收到中斷信號后調用接收程序來處理數據包的接收，通過sc_buff（）函數讀取收到的數據，傳送到網絡上層應用軟件進行處理。

圖3 DM9000驅動設計Fig.3 Driver design of DM9000

2.3 無線模塊

本系統設計視頻數據傳輸部分采用的是3G無線網絡傳輸，因此，這里選用的是3G模塊。3G模塊的主要功能是將要傳輸的視頻數據通過無線信道發送到基站。選用的是中興的3G模塊作為無線網絡傳輸模塊。具有語音、短信和高速數據業務等功能，可以廣泛應用于高速數據傳輸、實時監控、實時圖像等領域。

配合MC8630C無線傳輸模塊，通過AT命令對數據進行UDP打包，將視頻包數據發送到3G網絡上，然后再通過3G模塊將視頻數據無線傳輸到目的智能手機終端處。

3 圖像傳輸網絡設計

3.1 boa服務器移植

本系統在設計中選用了Boa Web服務器，并進行移植。下載Boa服務器源代碼boa-0.94.13.tar.gz，并將其解縮在/boa src/目錄下[5]。

3.2 移植視頻服務器

3.3 Socket網絡編程

發送端綁定一個端口，用于傳輸視頻，程序啟動后通過Linux的socket編程與上位機接收端建立TCP/IP連接，并開放端口等待接收端的連接，雙方建立通信信道后開始發送視頻數據流到客戶端。主要步驟為：

3.4 圖像傳輸的軟件實現

本系統采用基于TCP/IP協議的Socket網絡編程來實現遠程通信的，當程序初始化完成以后，系統一直處于循環等待狀態。當當前幀與緩存幀像素灰度值差值超過一個給定α值時，則認為有入侵物存在，這時程序從本地硬盤或者FLASH中得到圖像數據，然后通過一定的格式發送到給客戶端。本系統視頻編解碼采用的是動態JPEG（M一JPEG）標準，這種標準經過實際測試，發現512 MHz的主流智能手機能達到 5～8 fps的幀率（帶寬 320～512 kbps），而 624 MHz的主流智能手機更可達到 8～12 fps的幀率（帶寬 512～768 kbps），均能很好地滿足視頻監控的需求[6]。程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖Fig.4 Flow chart of the program

4 結 論

本系統基于ARM11內核的S3C6410作為核心處理器，采用USB攝像頭實現數據采集，通過圖像幀數的改變，判斷是否有入侵者。本系統網絡接入有兩種方式一種是采用3 G無線網絡方式實現圖像信息的傳送；手機終端設備無需安裝任何播放器或插件，能使用手機內置的播放器，直接進行觀看。另一種是基于以太網有線網絡方式傳輸圖像數據信息；3 G無線工作方式實現手機用戶對現場發生情況進行掌握。而網絡用戶也可以獲取入侵者的圖像。

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