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。譬如，有效距離短、成本高，僅適用于小范圍的區(qū)域監(jiān)控，而對于一些特殊的監(jiān)控場合，如油田采油現(xiàn)場、遠程環(huán)境采樣、災(zāi)害或突發(fā)事件現(xiàn)場等，由于監(jiān)控點的分布范圍比較廣，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法實現(xiàn)。由此而生的無線遠程技術(shù)，可以擺脫線纜的束縛，具有安裝周期短、維護方便、擴容能力強等優(yōu)點。同時隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無線通信技術(shù)和基于TCP／IP的Internet技術(shù)結(jié)合在一起的嵌入式遠程無線視頻監(jiān)視系統(tǒng)已成為可能。

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

1、綜合成本低，只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場合；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，對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現(xiàn)。這時，采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護方便、擴容能力強，迅速收回成本的優(yōu)點。

2、組網(wǎng)靈活，可擴展性好，即插即用，管理人員可以迅速將新的無線監(jiān)控點加入到現(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，輕而易舉地實現(xiàn)遠程無線監(jiān)控。

3、維護費用低，無線監(jiān)控維護由網(wǎng)絡(luò)提供商維護，前端設(shè)備是即插即用、免維護系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)都有一個常規(guī)的模式，即“控制中心一監(jiān)控終端”，由于監(jiān)控終端對信息數(shù)據(jù)處理的能力和精度將影響整個系統(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，存儲空間大，適用于視頻處理；具有很強的控制和事物調(diào)度能力，適用于那些既有數(shù)據(jù)處理又有大量事務(wù)需要處理的場合。由此，出現(xiàn)了一種基于ARM的監(jiān)控終端設(shè)計方案。

1 監(jiān)控終端的硬件設(shè)計

監(jiān)控終端的硬件設(shè)計主要由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、存儲器等組成的中央管理控制模塊；3）以GPRS為主的無線傳輸模塊。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)場視頻信息通過攝像頭從SAA7111A的4個模擬輸入端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I2C總線對SAA7111A內(nèi)部的32個寄存器進行配置。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2 048x2 048；碼率支持固定和可變碼率壓縮，并且支持動態(tài)檢測。IME6400將SAA7111A數(shù)字化后的視頻數(shù)據(jù)送入到IME6400內(nèi)部進行MPEG-4壓縮編碼，編碼后的數(shù)據(jù)流經(jīng)SDRAM進行緩存，然后流經(jīng)1 KB的FIFO緩沖區(qū)用來滿足編碼數(shù)據(jù)的快速傳遞，當(dāng)FIFO溢出時，其GPI00引腳將產(chǎn)生一個下降沿的中斷通知主控芯片讀取FIFO中的數(shù)據(jù)。S3C2440通過數(shù)據(jù)線與IME6400的主機接口相連并對其內(nèi)部的一系列的寄存器進行設(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，實現(xiàn)視頻圖像信號的采集與壓縮管理、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)時鐘電路、Flash存儲器接口電路、

SDRAM接口電路、JTAG接口電路、串行接口電路等。

1.3 無線傳輸模塊

無線傳輸模塊采用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)的無線網(wǎng)絡(luò)接口，具有GPRS class-10多時隙功能，class-B操作模式，支持增強型AT命令集，模塊自帶TCP／IP協(xié)議棧。嵌入式微處理器。

S3C2440通過串口與GPRS Modem提供的串口相連，所有數(shù)據(jù)都通過串口實現(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

監(jiān)控終端的軟件設(shè)計是基于嵌入式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，安裝一個系統(tǒng)平臺可以更高效的控制設(shè)備，搭建的軟件開發(fā)平臺需要完成系統(tǒng)啟動代碼的設(shè)計、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植以及設(shè)備驅(qū)動程序的開發(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)無疑成為最佳人選。

嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過設(shè)備驅(qū)動程序與外圍設(shè)備進行交互，設(shè)備驅(qū)動程序是一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，它們通過定義的接口控制一個或多個設(shè)備，設(shè)計了IME6400驅(qū)動程序和MC55驅(qū)動程序。將IME6400按照字符設(shè)備來處理，編寫一個字符設(shè)備驅(qū)動。字符設(shè)備是Linux中最簡單的設(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)訪問驅(qū)動程序的函數(shù)，open（）函數(shù)用于完成設(shè)備打開計數(shù)、中斷申請和環(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ioctl（）函數(shù)來讀取和修改環(huán)形緩沖區(qū)的標(biāo)識變量。MC55的設(shè)備驅(qū)動程序主要包括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（）用于實現(xiàn)GPRS設(shè)備的打開；關(guān)閉函數(shù)MC55_close（）用于實現(xiàn)GPRS設(shè)備的關(guān)閉；讀函數(shù)MC55_read（）用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取接收；寫函數(shù)MC55_write（）用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送；I／O初始化程序MC55_ hardware_init（）實現(xiàn)對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GPRS設(shè)備的初始化工作。

2）在軟件平臺的基礎(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，同時還要對視頻A／D轉(zhuǎn)換器SAA7111A的工作方式進行配置。

SAA7111A工作方式的配置是微處理器S3C2440通過I2C總線對其內(nèi)部32個寄存器的配置實現(xiàn)的。SAA7111A初始化設(shè)定為：1路模擬視頻信號輸入、自動增益控制、PAL制式、YUV4：2：2的16位數(shù)字視頻信號輸出。由于輸入視頻信號屬于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下載程序是一個內(nèi)部SRMA的寫操作循環(huán)，下載時首先向Control寄存器寫入Ox4000，告知IME6400初始化下載；然后將Firmware看成一個16位的二進制數(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16位字，這般循環(huán)直到按順序下載完整個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。同時使用IME6400的設(shè)備驅(qū)動程序來完成IME6400接收編碼數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)搬運到一個可見的緩沖區(qū)中，并協(xié)調(diào)對數(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)用來實現(xiàn)建立一個Socket，接著發(fā)起一個請求，通過調(diào)用connect（）函數(shù)來實現(xiàn)，一旦客戶機和服務(wù)器套接字建立了連接，雙方就可以通過send（）和recv（）函數(shù)的調(diào)用來發(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 測試結(jié)果

通過實驗測試，一幅分辨率為360x288的視頻圖像，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)GPRS進行傳輸，其傳輸速度可達到約2幀／秒，滿足無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求。

4 結(jié)論

通過實驗，基于ARM的遠程無線視頻監(jiān)控終端的設(shè)計方案具有很多優(yōu)點，例如實時性好、功耗低、工作可靠。將其投放到移動、難于布線的場所和邊遠地區(qū)，對于犯罪也具有很大的威懾作用，具有非常好的市場應(yīng)用前景。

ARM簡介：

ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、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。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。