基于無線網絡的視頻監控系統設計

宋艷芳 鐘廣靜 / 山東協和學院

基于無線網絡的視頻監控系統設計

宋艷芳 鐘廣靜 / 山東協和學院

隨著計算機技術、無線通信技術和圖像編解碼技術的成熟和發展，視頻監控系統不再局限于傳統的有線網絡環境，本文設計和實現了基于ARM9和Linux操作系統的嵌入式視頻監控系統，實現視頻圖像的采集、壓縮和傳輸。文章結合嵌入式技術、圖像處理技術和網絡技術，設計了一種基于嵌入式的網絡視頻監控系統。

無線網絡；視頻監控系統

1.引言

隨著工業技術的不斷發展，以及人對安全防范意識的逐漸加強，視頻監控系統已經成為人們在生產、生活中必不可少的一部分。特別是近年來，隨著計算機技術的發展、寬帶的普及、圖像處理技術的提高，視頻監控在越來越廣泛地滲透到教育、娛樂、醫療、運動等各個領域。視頻監測系統已經成為當今可視化領域的一個新的開發熱點。許多應用領域對于視頻監控系統提出了更高更新的要求，如何經濟有效地實現特定環境所需的監控功能，給我們提出了新的課題。

2.基于無線網絡的視頻監控終端系統組成

視頻監控終端由攝像頭、微控制器、無線模塊和監控等單元組成。主要實現對監視終端所在場景的安防信息采集和圖像的無線上傳，并可以響應服務器對其發送的各種控制信息，終端根據接收到的這些控制信息，完成相應的操作。

（1）通過攝像頭驅動模塊從攝像頭捕獲視頻信息；

（2）微控制器能采集視頻信息和監控信息；

（3）微控制器根據服務器的命令完成監控信息和圖像上傳；

（4）微控制器根據服務器的命令對監控終端進行控制。

3.無線視頻監控系統終端硬件電路組成及原理

嵌入式視頻監控系統的硬件平臺作為整個系統功能實現的載體，是系統最關鍵的部分，硬件系統的優劣直接決定系統的性能，而且硬件平臺一旦設計完成,就很難甚至無法修改的，因此硬件平臺的設計或者選擇必須非常謹慎。在硬件電路設計之前,首先完整的需求分析，清楚系統需要完成的整個工作過程，包括所有的功能模塊實現，硬件平臺必須有系統功能實現的所有模塊，而且必須考慮系統精度參數上要求，如工作頻率、采樣速率、傳輸速率、最大容量等方面。根據本監控系統應用需求分析，系統主要是完成遠程視頻監控，功能包括圖像釆集、圖像壓縮編碼，無線傳輸等，根據系統所需要完成的任務，本系統采用三星公司的ARM9 S3C2440作為系統硬件平臺的主要部分，并且根據功能需要添加相應的功能模塊，通過開發板的相關應用接口連接這些模塊。

3.1 控制模塊

根據系統的性能要求，設計采用三星公司S3C2440作為系統的微處理器。S3C2440可以穩定運行WinCE和Linux操作系統；處理器主頻400MHz，使其處理能力可以完成視頻壓縮計算量較大的應用；由于視頻監控終端計算量很大，占用大量內存空間，系統支持擴展存儲器，最大可擴展1G內存空間；處理器含有豐富的片內資源；強大的網絡支持功能；技術支持多，價格便宜。

3.2 視頻采集模塊

在監控系統中，不同類型的網絡攝像機會形成不同的結構和功能。目前數字網絡攝像頭已經廣泛應用，并且內置了數字視頻壓縮編碼等功能，通過橋接器進行傳輸數字信號。隨著視頻監控技術的發展，出現了一些具有新功能的無線網絡攝像機，其內部集成了攝像頭和無線橋接器的功能，獨立就可以完成視頻數據采集、編碼、壓縮、數據傳遞等功能。本文所設計的系統主要是面向低成本、對視頻內容分析功能較為簡單的應用場合，如家庭、小區的入侵檢測，財產監控等。此種場合下，突發狀況很少，大部分情況下產生的視頻數據都是垃圾數據，并沒有任何價值，真正有意義的數據是報警及事件觸發前后的相關視頻。因此對于數據量的需求較低，可以通過在平時狀態下，將只對視頻做分析并不對其進行存儲，而一旦發生事件或報警，系統將自動存儲報警及事件觸發前后的視頻。這樣可以節省大量的存儲資源，在前端設備里有一塊定量大小的Flash就完全可以滿足需求。據以上分析，本文將選用將視頻采集、分析、存儲、傳輸整合為一體的CMOS攝像頭CAM130模塊。

3.3 無線傳輸模塊

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。串口接口電路圖如圖1所示：

圖1 串口接口電路圖

圖2 LCD接口電路圖

3.4 LCD接口電路設計

考慮系統工作環境復雜性和工作人員能夠在現場及時檢查設備，掌握設備的運行情況，本系統在監控終端設計了 LCD 顯示電路。LCD接口電路如圖2所示，它能夠在液晶模塊上顯示無線模塊當前的運行模式、日期時間等參數。它具有靈活多變的接口方式和簡單、方便的操作指令，即可顯示圖形。同時它低電壓和低功耗的特性滿足系統的需求，在硬件電路設計上和顯示程序上與其它同類型的顯示模塊相比要簡潔的多，并且成本也要低，所以本系統將選用此模塊來負責系統的顯示工作。

4.結論

本文設計了基于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，但是傳輸視頻的過程的壓力很大，實時性不夠，這個是有待解決的問題之一。

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[5]李大為.Windows CE工程實踐完全解析.北京:中國電力出版社.2008.

[6]侯樹靜.基于無線局域網的嵌入式視頻監控系統研究[D].南京:河海大學,2007.

注：

2015年全國大學生創新訓練項目，編號：201513324003。