基于無線網絡的視頻監控終端硬件設計

宋艷芳

【摘 要】隨著社會的不斷發展與進步，人們日常生活中的安全問題得到越來越高的重視，視頻監控系統成為安全防范系統的重要組成部分。針對傳統的視頻監控系統的缺陷，本文主要是設計一種基于ARM的無線視頻監控系統，從適應性、成本、數據量等方面做研究，設計一種安裝方便、成本低廉、適應性強的視頻監控系統。

【關鍵詞】視頻監控；無線傳輸；GPRS；

引言

隨著計算機技術、無線通信技術的飛速發展，互聯網的廣泛普及，實時動態圖像的采集、壓縮和遠程無線傳輸技術等為研究無線傳輸的視頻監控提供重要的支持。遠程監控技術的出現，是計算機網絡技術與故障監控技術相結合的必然結果，它具有靈活性好、移動性強、布點靈活、工程量小與工程周期短等優點。與有線視頻監視系統相比，無線視頻監視系統具有很大的優越性，其研究也具有重大的經濟意義和現實意義?？紤]到傳統的視頻監控系統的不足，本文提出一種基于無線網絡的視頻監控系統。

1.系統原理框架

本系統設計的任務主要是針對傳統的視頻監控系統的缺點，研究出新型的嵌入式視頻監控，在功能上達到傳統的視頻監控系統的要求，同時解決了傳統的視頻監控系統的不足。主要是從這幾個方面做出了研究與分析，首先是在功耗方面，是采用的低功耗的嵌入式ARM平臺，對于視頻監控的大數據量問題，針對圖像進行了壓縮編碼以及本地存儲，根據監控中心的需求有選擇性的傳輸數據，監控信息的傳輸不是采用傳統的傳輸方式，而是采用的中國移動提供的GPRS無線傳輸服務進行傳輸，主要能實現高性能、適應性強、應用領域廣等特點。

根據功能要求，本設計基于ARM的無線監控系統是有以下幾個部分構成：嵌入式監控終端設備，聯網的監控中心。 在視頻監控過程中，監控終端首先通過視頻采集設備采集到圖像信號，經過嵌入式系統完成圖像的處理工作，包括圖像采集，本地存儲，最后通過GPRS模塊傳輸到遠程的用戶端，從而完成整個系統的工作。

2.終端硬件設計

分析監控系統需要完成的功能，視頻監控終端的主要任務為：圖像采集，圖像處理，信號的傳輸等，需要進行視頻圖像的處理，傳輸過程中需要使用到一些網絡通信協議，有操作系統的支持會給這些軟件的實現縮短開發周期，而系統選擇在嵌入式平臺下完成，因此需要可以支持嵌入式操作系統的微處理器。

由于硬件電路設計過程周期較長而且工作量大，因此本系統設計選擇可以移植嵌入式操作系統的硬件開發平臺，通過其外圍電路以及相應的接口擴展功能模塊，保證整個系統的硬件開發環境。根據系統的整體方案，USB攝像頭作為視頻信號的采集設備，完成圖像的采集，而視頻信號是采用的中國移動的GPRS網絡服務進行傳輸的，系統選擇了通過串口擴展一個GPRS模塊，嵌入式系統通過GPRS模塊連接到互聯網，最后連接到用戶端進行信號傳輸。

3.嵌入式處理器體系結構

完整的嵌入式系統包括嵌入式硬件系統和嵌入式軟件平臺，一個嵌入式硬件系統主要包括微處理器、時鐘與電源模塊、外部存儲器、通信模塊、I/O接口以及其他功能模塊，其核心是嵌入式微處理器，S3C2440是三星公司為手持設備和一般應用推出的低價格、低功耗、高性能微控制器的解決方案，存儲器系統采用了哈佛結構，將數據總線和指令總線分開，使讀寫速度更快，工作效率更高。采用低功耗、全靜態設計等特點，豐富的外設資源，適合于便攜式視頻監控終端的設計需求，支持Linux等操作系統。

3.1攝像頭選擇

嵌入式視頻監控系統需要圖像的采集，首先需要的是攝像頭，USB攝像頭是現在視頻監控系統的主要應用器件，因為其使用方便，大不多數的嵌入式設備都支持USB接口，同時價格低廉、性能也非常良好，被廣泛應用于視頻監控領域。

本系統采用了中星微公司的USB攝像頭ZC301攝像頭作為視頻采集設備，S3C2440芯片內部提供了USB接口，只要在芯片外部擴展USB接口電路，再與USB 攝像頭相接就可實現USB攝像裝置的硬件連接。

3.2 Nand Flash 模塊設計

Nand Flash采用非線性存儲結構，代碼不能在Flash上直接運行，需要把代碼讀到RAM中運行，Flash中代碼讀取需要專用控制器接口；Nand Flash芯片提供單元密度大，可以實現高密度存儲，它的擦除和寫入的速度很快，非常適合于大容量數據存儲，在存儲卡和U盤等存儲設備中得到廣泛的應用。S3C2440處理器自帶Nand Flash控制器，而且支持Nand Flash啟動，只需擴展一片Nand Flash芯片即可。

3.3 SDRAM 模塊設計

S3C2440自帶SDRAM控制器，具有獨立的SDRAM刷新控制邏輯，可以方便擴展SDRAM芯片。系統選用HY57V561620BT容量為32M字節，為了增大數據吞吐能力，選取兩片芯片擴展為32位數據寬度的總線。HY57V561620BT 內部是一個存儲陣列，總共有13根地址線，采用行地址線、列地址線復用方式減少芯片引腳數，分別由行地址選通信號 nCAS、列地址選通信號nRAS區分行地址列地址，13根行地址線與9根列地址線復用組合成22根地址線訪問空間是4M，另外兩根區間選擇信號BA0、BA1組合就可以訪問4個 Bank。

3.4 電源模塊設計

根據系統設計需求，微處理器S3C2440、SDRAM、Nand Flash 等采用3.3V供電，而一些外圍電路是5V供電。因此整個系統需要兩組電源，采用直流穩壓電源提供5V電源，由5V電源轉換出3.3V電源。5V電壓經過濾波、線性穩壓器AS1117芯片后輸出3.3V電壓，再經過濾波后向系統供電。AS1117是高效率低壓差三端線性穩壓器，提供電流限制和熱保護，以確保芯片和功率的穩定性，從而更好地保證電源供電的穩定性。

3.5 GPRS無線通信模塊

GPRS是一種能夠短消息、語言通信以及是數據傳輸功能的無線通信模塊，通過RS232串行接口可以微處理器、計算機以及單片機等實現數據交換通信。 GPRS無線通信模塊通過RS232接口可直接接收上位機系統的串口發送AT指令，根據相應的指令完成相關的操作。計算機作為數字終端設備，GPRS模塊作數字電路設備，兩者間通過一套AT指令集完成相互之間的通信，GPRS的各種功能都有賴于上位機發送過來的AT指令實現。

3.6 GPRS模塊控制

無線傳輸設備GPRS模塊主要是通過串口與嵌入式平臺連接，兩者間的相互通信都是通過RS232串口進行的，最高通信速度可以達到115200b/s，嵌入式Linux平臺下的串口程序設計也是無線傳輸設備驅動設計的一部分，設計串口驅動程序主要是保證嵌入式平臺與GPRS模塊的正常通信，主要是嵌入式平臺對GPRS模塊的控制，GPRS模塊都支持AT指令集，因此應用軟件只需要使用這些指令集編寫相應的應用程序可以控制模塊，并且可以將需要發送的數據送到GPRS模塊，通過AT指令集控制信號的發送。

本系統采用的是支持TCP/IP協議的GPRS模塊，通過串口將模塊與嵌入式系統連接后，首先需要通過AT指令集要對GPRS模塊進行一定的設置，主要的設置工作有：設置通信波特率、設置接入網關、設置終端的類別、測試GPRS服務是否開通，完成上述步驟后，且測試表明GPRS服務已經開通，就可以開始進行數據傳輸了。

4.總結

本文是針對傳統的視頻監控的不足，設計了基于ARM的遠程視頻監控系統，通過減少數據量方面的研究，設計嵌入式Linux平臺的軟件視頻壓縮方式，在一定程度上控制數據量，在網絡環境好的的條件下可以實現圖像的傳輸。

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注：

2015全國大學生創新創業計劃訓練項目，項目名稱：基于無線網絡的視頻監控終端設計，項目編號201513324003。