基于ARM9的視頻監控系統設計

摘 要：介紹了一種利用嵌入式技術設計的視頻監控系統。該系統終端以ARM 9處理器為核心，USB攝像頭作為視頻采集模塊，網卡芯片DM9000為以太網通信模塊。視頻監控系統終端移植Linux操作系統，配置相應的驅動，編寫視頻采集和發送程序，最后與客戶端組成完整系統。

關鍵詞：ARM9；Linux；嵌入式系統；視頻監控

ARM處理器具有性能高，成本低的特點，在嵌入式中被廣泛使用。 Linux作為源代碼開放的操作系統，其特有的優勢和開發模式正日益影響人們。本文將二者結合，構建一個視頻監控嵌入式系統。

1 系統硬件設計

1.1 硬件結構

該系統終端采用基于ARM920T內核的Samsung S3C2440A作為中央處理器，并且配備64M的SDRAM，256M的NAND FLASH和2M的NOR FLASH，以應對移植Linux操作系統和系統保存的數據所需要的內存空間。 該系統的主要硬件還有視頻采集模塊，以太網通信模塊，UART串口和電源接口。系統硬件整體框圖如圖1所示

1.2 視頻采集模塊

視頻采集模塊采用了中星微電子公司ZC301芯片的 USB攝像頭，該攝像頭芯片具有圖像信號處理，數據壓縮，JPEG譯碼等圖像處理功能，攝像頭傳感器采用CMOS感光元件，元件像素130萬，采集的圖像清晰，畫面穩定，色彩真實鮮艷。視頻采集模塊的USB接口電路原理圖如圖2所示。

圖2中，使用5v的電源為USB供電，22Ω電阻的R23，R24在串行數據通信時可以起到緩沖抗干擾的作用，R27，R28為15K的大電阻，確保了USB高速串口數據通信的可靠性。

1.3 以太網通信模塊

通信模塊采用DAVICOM公司的10/100 Mb/s自適應以太網芯片DM9000，該芯片是完全綜合的，成本較低的單一快速以太網控制器芯片，具有通用處理器接口，既可以接8位，16位的處理器，也可以接32位的處理器。在本系統中該芯片與一個集成RJ45的網絡接口相連，其電路原理圖如圖3所示。

圖3中的HR911103A是一個集成RJ45的網絡變壓器，確保通信雙方可以正常接收和發送信息，50Ω的電阻RD1，RD5和RD3，RD6使信號在接受和發送時起到抗干擾的作用，電源VDD33v接著大電阻R16，R39，流出的電流較小，可以驅動綠，黃LED燈。

2 系統軟件設計

2.1 操作系統的移植

PC通過arm-linux-gcc交叉編譯工具構造交叉編譯環境，編譯Uboot生成燒入FLASH的引導程序，編譯Linux內核生成Linux鏡像文件zImage，并使用yaffs根文件制作工具mkyaffs2image生成Linux系統根文件鏡像rootfs.img，最后通過USB下載工具將上述文件下載到終端。

2.2 服務端視頻采集和發送程序設計

視頻采集和發送由一個應用進程完成，但將該進程生成了兩個線程，每個線程完成相應功能。因為Linux內核的攝像頭驅動為攝像頭捕獲圖像提供了一套API接口：V4L2，并且攝像頭支持JPEG視頻流直接獲取，所以視頻采集線程直接利用V4L2就能采集和存儲攝像頭捕獲的數據。在驅動的配置中，網卡驅動和TCP/IP協議被同時加載到內核，這使得應用進程可以建立一個TCP套接字服務端，并指定一個專用端口7070，等待客服端的連接。一旦連接出現，發送線程就會向客戶端發送視頻數據。為了得到一張完整的圖片數據，應用進程運用條件變量使得兩個線程保持同步。視頻采集和視頻發送的流程圖如圖4所示

2.3 視頻監控客戶端設計

視頻監控客戶端是基于Linux平臺的應用程序，其主要的功能是接收由視頻監控終端采集，發送的視頻數據，并播放視頻數據。Spcaview是一款開放源碼的視頻軟件，既可以接收和發送視頻數據，又可以播放視頻數據，非常適合做視頻監控客戶端。該軟件采用Linux C語言和Java腳本語言共同編寫，代碼簡潔，組件功能明確，遵循GPLv2條款，任何組織和個人可以在此條款下修改和發布它的源碼。在Linux平臺fedora9下構造視頻監控客戶端的簡單步驟如下：

下載最新源碼：Spcaview-20061208.tar，解壓該源碼：tar xvzj Spcaview-20061208.tar，進入該源碼目錄并編譯：cd Spcaview-20061208，make，最后在此目錄下啟動該軟件。

3 結語

本文介紹了基于ARM9處理器的嵌入式系統的硬件和軟件設計，完成了視頻監控的功能。該系統采用可裁剪的Linux操作系統和流行的ARM芯片，既降低成本，又有完善的功能，對于視頻監控方面有一定參考價值。

參考文獻

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作者簡介

李濤，男，湖北省荊州市人，正在讀碩士研究生，主要研究方向嵌入式系統與應用。