在視頻監(jiān)控大家族中，有線視頻監(jiān)控占了大多數(shù)，但是有線監(jiān)控存在很大的缺點(diǎn)。譬如，有效距離短、成本高，僅適用于小范圍的區(qū)域監(jiān)控，而對(duì)于一些特殊的監(jiān)控場(chǎng)合，如油田采油現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程環(huán)境采樣、災(zāi)害或突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)等，由于監(jiān)控點(diǎn)的分布范圍比較廣，難以架設(shè)線纜，因此有線視頻監(jiān)控受固有物理布線的限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由此而生的無(wú)線遠(yuǎn)程技術(shù)，可以擺脫線纜的束縛，具有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和基于TCP／IP的Internet技術(shù)結(jié)合在一起的嵌入式遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)視系統(tǒng)已成為可能。

無(wú)線監(jiān)控和傳統(tǒng)的監(jiān)控方案相比，具有以下三大優(yōu)點(diǎn)：

1、綜合成本低，只需一次性投資，無(wú)須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠(yuǎn)及已裝修好的場(chǎng)合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來(lái)極大的不便，采用有線的施工周期將很長(zhǎng)，甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，采用無(wú)線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，迅速收回成本的優(yōu)點(diǎn)。

2、組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用，管理人員可以迅速將新的無(wú)線監(jiān)控點(diǎn)加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建傳輸鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控。

3、維護(hù)費(fèi)用低，無(wú)線監(jiān)控維護(hù)由網(wǎng)絡(luò)提供商維護(hù)，前端設(shè)備是即插即用、免維護(hù)系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)都有一個(gè)常規(guī)的模式，即“控制中心一監(jiān)控終端”，由于監(jiān)控終端對(duì)信息數(shù)據(jù)處理的能力和精度將影響整個(gè)系統(tǒng)的最終性能。ARM微處理器是一款高速、高性能的嵌入式處理器，適合加入操作系統(tǒng)，完成代P／IP協(xié)議，USB通信等復(fù)雜功能；速度快，存儲(chǔ)空間大，適用于視頻處理；具有很強(qiáng)的控制和事物調(diào)度能力，適用于那些既有數(shù)據(jù)處理又有大量事務(wù)需要處理的場(chǎng)合。由此，出現(xiàn)了一種基于ARM的監(jiān)控終端設(shè)計(jì)方案。

1 監(jiān)控終端的硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控終端的硬件設(shè)計(jì)主要由3部分組成，1）由視頻解碼器和視頻編碼壓縮器組成的視頻采集處理模塊；2）以ARM微處理器、存儲(chǔ)器等組成的中央管理控制模塊；3）以GPRS為主的無(wú)線傳輸模塊。監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 視頻采集處理模塊

視頻采集處理模塊主要由視頻A／D轉(zhuǎn)換解碼器SAA7111A和視頻編碼壓縮器IME6400組成。SAA7111A是一種增強(qiáng)型視頻輸入處理器，它集A／D轉(zhuǎn)換與解碼功能于一身。現(xiàn)場(chǎng)視頻信息通過(guò)攝像頭從SAA7111A的4個(gè)模擬輸入端AI11、AI12、AI21、AI22的某一引腳引入。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生的Y和UV信號(hào)經(jīng)格式化后從VPO[15：0]引腳輸出。SAA7111A的所有功能均是在I2C總線控制下完成的，嵌入式微處理器S3C2440通過(guò)I2C總線對(duì)SAA7111A內(nèi)部的32個(gè)寄存器進(jìn)行配置。SAA7111A內(nèi)部功能原理如圖2所示。

IME64400支持MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4 3種格式的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)；其圖像大小可以編程設(shè)定，最大尺寸可達(dá)2 048x2 048；碼率支持固定和可變碼率壓縮，并且支持動(dòng)態(tài)檢測(cè)。IME6400將SAA7111A數(shù)字化后的視頻數(shù)據(jù)送入到IME6400內(nèi)部進(jìn)行MPEG-4壓縮編碼，編碼后的數(shù)據(jù)流經(jīng)SDRAM進(jìn)行緩存，然后流經(jīng)1 KB的FIFO緩沖區(qū)用來(lái)滿足編碼數(shù)據(jù)的快速傳遞，當(dāng)FIFO溢出時(shí)，其GPI00引腳將產(chǎn)生一個(gè)下降沿的中斷通知主控芯片讀取FIFO中的數(shù)據(jù)。S3C2440通過(guò)數(shù)據(jù)線與IME6400的主機(jī)接口相連并對(duì)其內(nèi)部的一系列的寄存器進(jìn)行設(shè)置，IME6400的內(nèi)部功能框圖如圖3所示。

1.2 中央管理控制模塊

中央管理控制模塊是以嵌入式ARM微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)視頻圖像信號(hào)的采集與壓縮管理、視頻圖像數(shù)據(jù)的收發(fā)，以及控制信號(hào)的解釋執(zhí)行等。該中央管理控制模塊包括：電源和復(fù)位電路、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、Flash存儲(chǔ)器接口電路、

SDRAM接口電路、JTAG接口電路、串行接口電路等。

1.3 無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線傳輸模塊采用GPRS Modem傳輸壓縮后的視頻圖像數(shù)據(jù)，GPRS Modem中的MC55無(wú)線模塊闈具有3頻段，適用于歐洲和亞洲的頻段：90 0，1 800和1 900 MHz，其3種頻段的切換可由AT指令控制。MC55模塊是系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，具有GPRS class-10多時(shí)隙功能，class-B操作模式，支持增強(qiáng)型AT命令集，模塊自帶TCP／IP協(xié)議棧。嵌入式微處理器。

S3C2440通過(guò)串口與GPRS Modem提供的串口相連，所有數(shù)據(jù)都通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)交換。嵌入式微處理器S3C2440與GPRS Modem連接的電路原理圖如圖4所示。

2 監(jiān)控終端的軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控終端的軟件設(shè)計(jì)是基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的，其模塊框圖如圖5所示。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，安裝一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)可以更高效的控制設(shè)備，搭建的軟件開發(fā)平臺(tái)需要完成系統(tǒng)啟動(dòng)代碼的設(shè)計(jì)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)等。Bootloader可以初始化設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。而嵌入式Linux操作系統(tǒng)無(wú)疑成為最佳人選。

嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外圍設(shè)備進(jìn)行交互，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，它們通過(guò)定義的接口控制一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，設(shè)計(jì)了IME6400驅(qū)動(dòng)程序和MC55驅(qū)動(dòng)程序。將IME6400按照字符設(shè)備來(lái)處理，編寫一個(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)。字符設(shè)備是Linux中最簡(jiǎn)單的設(shè)備，應(yīng)用程序使用標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用打開、讀取、寫和關(guān)閉。內(nèi)核使用file_operations結(jié)構(gòu)訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)，open（）函數(shù)用于完成設(shè)備打開計(jì)數(shù)、中斷申請(qǐng)和環(huán)形緩沖區(qū)的初始化工作；release（）函數(shù)的用法和作用正好與open（）函數(shù)相反；ioctl（）函數(shù)用于提供各種各樣的硬件控制，即應(yīng)用程序需要通過(guò)ioctl（）函數(shù)來(lái)讀取和修改環(huán)形緩沖區(qū)的標(biāo)識(shí)變量。MC55的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要包括MC55的file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及MC55的打開、關(guān)閉、讀、寫，MC55的硬件初始化等函數(shù)。MC55的打開函數(shù)MC55_open（）用于實(shí)現(xiàn)GPRS設(shè)備的打開；關(guān)閉函數(shù)MC55_close（）用于實(shí)現(xiàn)GPRS設(shè)備的關(guān)閉；讀函數(shù)MC55_read（）用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取接收；寫函數(shù)MC55_write（）用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送；I／O初始化程序MC55_ hardware_init（）實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS設(shè)備輸入、輸出端口的初始化；MC55的初始化程序void_initMC55_init（）完成對(duì)GPRS設(shè)備的初始化工作。

2）在軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用程序即應(yīng)用層。借助交叉編譯工具，開發(fā)視頻監(jiān)控終端上運(yùn)行的采集、壓縮、傳輸程序。監(jiān)控終端的應(yīng)用程序主要包括MPGE4壓縮編碼模塊控制程序和GPRS模塊傳輸數(shù)據(jù)的程序，同時(shí)還要對(duì)視頻A／D轉(zhuǎn)換器SAA7111A的工作方式進(jìn)行配置。

SAA7111A工作方式的配置是微處理器S3C2440通過(guò)I2C總線對(duì)其內(nèi)部32個(gè)寄存器的配置實(shí)現(xiàn)的。SAA7111A初始化設(shè)定為：1路模擬視頻信號(hào)輸入、自動(dòng)增益控制、PAL制式、YUV4：2：2的16位數(shù)字視頻信號(hào)輸出。由于輸入視頻信號(hào)屬于PAL制式，需要把寄存器08H中的FSEL位設(shè)置為0；另外還需要把該寄存器中的HPLL位設(shè)置為O，使HREF、VREF信號(hào)輸出同步；把寄存器11H中的COLO位設(shè)置為1。表示Y和C通道同時(shí)工作；把11H中的OEHV、OEYC位設(shè)置為11，功能是使能芯片的VPO、HS、VS、HREF、VREF這些輸出端口。 MPGE4壓縮編碼模塊控制程序主要由Firmware的下載及其寄存器的設(shè)置，以及MPEG4數(shù)據(jù)的傳送組成。Firmware下載程序是一個(gè)內(nèi)部SRMA的寫操作循環(huán)，下載時(shí)首先向Control寄存器寫入Ox4000，告知IME6400初始化下載；然后將Firmware看成一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)組，每次向Ba-seAddress0寫入下載的目的地址偏移。而且向Data寫入要下載的16位數(shù)據(jù)下載一個(gè)16位字，這般循環(huán)直到按順序下載完整個(gè)Firmware。IME64 00接收連續(xù)的視頻圖像數(shù)據(jù)流，也相應(yīng)地輸出連續(xù)的壓縮視頻圖像數(shù)據(jù)流。IME6400工作在異步模式下，F(xiàn)IFO中有NFIFOSIZE（通常是1 024）字節(jié)以上的數(shù)據(jù)之后，將GPI00引腳狀態(tài)置為低。主控處理器檢測(cè)到GPI00上的低電平之后，從IME6400讀取NFIFOSIZE字節(jié)的數(shù)據(jù)。結(jié)束之后向HI用戶寄存器USER4中寫入一個(gè)不同的值，通知IME6400傳輸結(jié)束。IME6400將新的數(shù)據(jù)繼續(xù)寫入FIFO中。這樣一個(gè)循環(huán)允許嵌入式處理器從IME6400中連續(xù)讀取連續(xù)的數(shù)據(jù)流。同時(shí)使用IME6400的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成IME6400接收編碼數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)搬運(yùn)到一個(gè)可見的緩沖區(qū)中，并協(xié)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)的處理。

GPRS模塊傳輸數(shù)據(jù)的程序主要包括接入GPRS網(wǎng)絡(luò)程序和Socket通信程序2部分。基于Socket網(wǎng)絡(luò)通信的客戶端系統(tǒng)流程如圖6所示。

圖6中，調(diào)用Socket（）函數(shù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)建立一個(gè)Socket，接著發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，通過(guò)調(diào)用connect（）函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，一旦客戶機(jī)和服務(wù)器套接字建立了連接，雙方就可以通過(guò)send（）和recv（）函數(shù)的調(diào)用來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了。如果想斷開連接，調(diào)用close（）函數(shù)釋放和套接字相關(guān)的系統(tǒng)資源即可。

3 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，一幅分辨率為360x288的視頻圖像，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)GPRS進(jìn)行傳輸，其傳輸速度可達(dá)到約2幀／秒，滿足無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，基于ARM的遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)方案具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如實(shí)時(shí)性好、功耗低、工作可靠。將其投放到移動(dòng)、難于布線的場(chǎng)所和邊遠(yuǎn)地區(qū)，對(duì)于犯罪也具有很大的威懾作用，具有非常好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

ARM簡(jiǎn)介：

ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。