新型嵌入式视频监控系统

　　1  引言

　　视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。随着网络技术、嵌入式处理器的飞速发展以及数字视频监控系统的迅速崛起，出现了网络数字视频监控系统，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；数字视频监控系统是以计算机通信技术及图像视频压缩为的新型视频监控系统。

　　针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络。

　　2  系统介绍

　　2.1 系统功能描述

　　本系统用于移动目标的实时视频监控，分为远端设备（移动图像监视器）和近端设备（监控中心）两部分。远端设备可将监控画面（视频/图像）通过移动公网、因特网传至近端设备，即监控中心。同时，监控中心可以远程控制移动图像监视器的工作方式，从而达到良好的监控效果。远端和近端也可以不通过因特网相连，实现监控中心的移动化。

　　2.2 系统总体设计

　　本系统基于Motorolai.MX系列处理器和MotorolaADS开发板，采用嵌入式Linux技术，实现了远程视频监控功能。系统总体设计如图1所示，远端和近端可以通过互联网相连。

图1 系统总体设计图

　　2.2.1 系统各部分功能简介

　　（1）远端（移动图像监视器）

　　整个远端部分以Motorolai.MX系列处理器和MotorolaADS开发板为，包括一个云台控制器用于控制云台转动、摄像头开/关和拍摄范围，一个模拟视频/JPEG转换卡，一个云台，以及一个置于云台之上的摄像头。

　　MotorolaADS开发板利用串口1（标准RS-232串口）和网络相连，将分配到的地址信息（IP地址和端口号）发送到服务器中，以供近端获取该地址信息。同时，该端口也是远端和近端之间各种信息（包括视频/图像数据，控制信息）的传输通道。

　　MotorolaADS开发板的串口2则与视频监控部分相连。其中，云台通过一个云台控制器与ADS开发板相连。该控制器的功能就是负责控制云台的转动方向，进而控制摄像头的拍摄方向以及控制摄像头的开/关和拍摄范围。置于云台之上的摄像头通过一个模拟视频/JPEG转换卡与ADS开发板的串口2相连，将输入的PAL制式的模拟视频转换为数字视频输出。同时，也可以输入控制信号，调整输出数字视频的帧率和分辨率[4]。

　　远端-ADS开发板的功能可分为两部分。一部分是网络功能，主要建立网络连接，向摄像头和视频卡发出控制信号，和近段通信。另一部分可再分为两个方面。一方面负责将收到的数字视频流采用MPEG-4视频格式压缩[5-6]，并通过网络传输到近端。ADS开发板上还连有一个液晶屏。该液晶屏可直接显示MPEG-4视频。ADS开发板将近端发来的控制信号传输给视频压缩卡和云台控制器。视频压缩卡控制信号中包括视频的帧率控制信号和分辨率控制信号，云台控制器信号中包括摄像头拍摄范围控制信号和云台转动控制信号。同时，摄像头的开/关控制信号由ADS板直接产生，该信号也输入云台控制器中。

　　（2）HTTP服务器

　　HTTP服务器用于存储远端的地址信息（IP地址和端口号），以供近端提取该地址信息；HTTP服务器的实现一个Web客户端，通过该客户端可查询整个系统的工作情况。

　　（3）近端（监控中心）

　　整个近端由一台PC机组成，包括一个控制模块，一个视频/图像回显模块和一个视频/图像数据库。控制模块的功能有：取得远端地址信息；与远端建立连接；向远端发送各种控制信号，包括发送接收视频/图像的控制信号，发送数字视频分辨率和帧率的控制信号；发送云台转动控制信号以及摄像头拍摄范围信号；控制视频/图像回显模块的工作。视频/图像回显模块则是在控制模块的控制下按要求回显收到的视频/图像数据。视频/图像数据库负责存储和管理接收到的视频/图像数据，并按要求向视频/图像回显模块提供所需要的视频/图像数据。

　　3  系统实现

　　3.1 硬件实现

　　云台控制模块主要包括ADS板上的串口2、云台控制器、云台以及云台之上的摄像头。

　　其硬件连接简图如下。

图2 云台控制模块各部分连接简图

　　近端监控中心的控制信号指令通过公网传送到远端设备后，通过ADS板的串口2把指令传送给云台控制器，进而控制摄像头的方向及拍摄范围调整等。

　　ADS板串口2和视频卡的串口连接，负责传输各种信号和视频流；视频卡的模拟视频信号输入口与摄像头的输出口相连，负责将输入的模拟视频转换为数字视频。另外，ADS板串口2的GND端也与云台控制器的GND端相连；用于传输云台的控制信号。

　　云台控制器由单片机构成，云台控制器有一个输入端，用于接收由ADS板传来的控制信号；共有八个输出端，分别控制摄像头和云台。其中，两个输出端负责云台的位置控制：

　　其中四个输出端分别控制云台的上升、下降、左转、右转，另一个负责控制云台位置自动变化。

　　3.2 软件实现

　　移动视频监视系统开发平台由PC机，MotorolaADS开发板，以及交叉编译环境构成。

　　以交叉编译环境为媒介，可将Linux内核及应用程序烧写入ADS板中，从而完成整个嵌入式系统的开发工作。而云台控制模块的软件实现尤为重要，主要包括远端ADS板上串口2的软件实现，以及云台控制器单片机上的软件实现。在远端设备初始化之后，即可由近端监控中心发出控制信号控制远端设备做出相应的响应。本系统的开发流程如图3所示。

图3 Linux平台开发流程

　　远端的软件可分为四块：

　　，网络连接模块。监控终端调用NetConnetcion模块，启动Chat和Pppd进程完成网络连接，正确连接到网络。

　　第二，更新地址模块。根据系统工作模式，更新相应的地址信息。根据系统的工作模式，调用以下两个程序。

　　主动模式：调用GetServerList来得到服务器地址列表。

　　被动模式：调用SendLocation，将监控终端的IP地址和端口写入地址列表文件。调用LocationGet从服务器上得到地址列表，更新列表信息（Add_list/Del_list），然后调用LocationSend将更新的地址列表发送到服务器中。

　　第三，服务模块。根据系统设置，启动相应的服务模块。

　　主动模式：远端主动连接监控中心服务器，并依据设置启动相应服务模块。

　　被动模式：监控终端启动Http_Server模块，用来接收监控中心（远端）发来的命令，并根据接收到的命令分别调用相对应的服务模块：调用Send_Video模块发送图片，调用Ctrl模块进行控制，被动模式主要用于网络有端口可访问，而监控中心又没有一个独立的公网IP地址的网络环境下。采用被动模式，可以使得监控中心不必使用固定公网IP地址仍然可以正常进行监控。

　　第四，图形用户界面模块。提供良好的图形用户界面，实现系统参数的设定，系统测试，与正常运行时的维护等功能。

　　4  系统测试

　　4.1 测试环境和测试设备

　　4.1.1 测试环境

　　（1）硬件环境

　　IBM笔记本电脑，ADS开发板，云台控制器，SamSung模拟摄像头

      （2）软件环境

　　RedHat9.0，MicroSoftWindowsXP，MicroSoftVisualC++6.0，ARM-GCC4.1.2测试设备：

　　ADS开发板，云台控制器，VC312视频采集卡，PC机一台4.2测试结果：

　　为了对本系统做一个完整和全面的测试，将测试过程分成几个部分，分别对与云台控制功能相关的模块的进行测试。

　　（1）通过网络连接到Internet

　　网络是传输数据的信道，直接影响到系统的性能，所以对它的接入成功率和数据传输速度做了全面的测试。

　　（2）云台控制

　　监控中心通过系统向远端发送云台控制命令，从发出命令到云台动作，时延为两秒。

　　可以正常控制云台的上下，左右转动，以及摄像机拍摄范围的调整。

　　5  结语

　　针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络，同时有效地减少了视频监控系统中的视频数据传输量和存储量。