S3C2410用于嵌入式视频监控系统

　  系统硬件结构

　　本系统采用模块化的结构设计思想，将设备分为主控模块和各个功能模块。主控模块和各功能模块之间有统一的或者特定的接口形式，用户可根据不同的需要选用不同的功能模块，各种类型的数据可以同时传输而不相互干扰，同时也可根据市场的需求继续扩展其它功能模块。远程无线视频监控系统是由以下几个模块组成：嵌入式 ARM2410 控制模块、自动报警模块一面使嵌入式模块上的蜂鸣器发出警报声，同时发送报警信号通过GPRS 网络及时的传回远端的监控管理中心，以便管理人员及时发现并处理火情、传感器数据处理模块、USB 摄像头视频图像采集处理模块、GPRS 无线数据传输模块、远程监控软件模块。

　　USB摄像头驱动

　　图像采集模块的硬件资源选用当前市面上应该了USB接口的中星摄像头。该款摄像头造价低廉，成像效果好，用于本系统中体现了较高的性价比。系统在进行视频采集前，首先要检测设定视频源。系统启动后系统会自动检测摄像头是否连接好，对于具体设备的驱动编写主要也是设备层驱动的编写。Linux系统中USB结构如图2所示:

　　在Linux内核中，设备驱动程序是一个个独立的“黑盒子”，使某个特定硬件响应一个定义良好的内部编程接口，这些接口完全隐藏了设备的工作细节。用户的操作通过一组标准化的调用执行，设备驱动负责将这些调用映射到作用于实际硬件设备特有的操作上。

　　在Linux系统中，设备驱动程序编译好后，有两种实现方法：一种是修改系统内核源码，把驱动静态编译进内核，使其成为内核的一部分；另一种则是编译成可以动态加载的模块，由管理员动态的加载。如果把驱动程序译进内核，那么内核的大小会增加，内核的源文件也需要改变，并不能动态地释放，不利于系统的调试，所以在本系统中，为方便调试，把摄像头驱动程序编译成动态加载的模块。如图

   

　　USB摄像头驱动成功后，需要编写视频采集的程序，这就需要了解Linux内核中关于视频设备的部分代码Video For Linux（简称V4L）。它为应用程序提供了一系列的接口函数，通过这些函数，可以执行打开、读写、关闭等基本的操作。设备驱动提供了read、write、open、dose等函数的具体实现，在内核中这些函数都可以调用。

　　GPRS无线数据传输

　　GPRS模块是具有登陆GPRS网络功能的芯片，只要外接SIM卡，通过串行协议与ARM处理器通信，将视频图像采集模块得到的JPEG数据以资料包的形式，先通过PPP和运营商的Internet接入服务器连接，然后把资料包发送到Internet上。

　　GPRS无线数据传输模块软件结构设计总体可分为三个部分： 参数配置部分， 处理器将接收视频图像采集模块从串口输入的数据，同时对远程监控中心主机IP地址，串口通信参数等加以配置；连接远程监控中心主机， 在这一部分，系统将发起一个TCP或UDP连接；数据传输，首先处理器将判断接收的数据为远程配置数据，视频图像数据还是报警信号，如果是报警数据，则立刻停止视频图像数据的传输，将报警数据迅速发送出去。如果是JPEG图像数据，则GPRS模块将接收到的所有数据都发送出去。

　　系统软件设计

　　嵌入式Linux植

　　本本文提出了一种基于嵌入式Linux系统的居民用电管理解决方案。整个居民用电管理系统从结构上看分为4层：第1层为主站，负责远程抄表和控制，为供电部门和小区物业提供数据访问服务；第2层为管理终端，完成数据的远程接收和转发，并对其下的管理终端进行管理；第3层为抄表终端，用于采集现场的电表数据，通过ZigBee协议发送到管理终端；第4层为电表。管理终端操作系统选用嵌入式Linux，同时搭配单片机实现与采集终端之间的无线通信。

　　主站和管理终端之间的报文传输遵循《电力负荷管理系统数据传输规约》。根据该规约，主站会向管理终端下达一些参数设置的命令，管理终端在接到命令后应记录下该参数，并根据的参数来执行任务；在终端掉电重启后，参数设置依然有效。传统的参数配置基本采用两类方法：配置文件法（如。ini文件）和数据库法。由于本系统需要管理的参数条目不多，使用数据库占用的空间太大；。ini文件虽轻巧但上下文相关，不易维护和管理。XML文件则能克服以上缺点。XML（eXtensible Markup Language）是由万维网协会（W3C）设计，特别为Web应用服务的SGML的一个重要分支。

　　它具有简单、开放、高效且可扩充、国际化的特性。XML语言具有很多的特性：

　　①具有严格、良好的层次结构，实现了数据内容和表现形式的分离，使得配置文件结构清晰，可读性强；

　　②具有跨平台、自解释等诸多优点；

　　③现在各种经过测试的、性能优越的XML解释器非常多，避免了自己开发XML解释器，从而可以大大提高软件的生产率和健壮性。

　　除了内核的移植，还需要在开发板上移植启动代码，即BootLoader，初始化硬件系统并加载移植的Linux内核，此外文件系统也不可缺少。在BootLoader，Linux内核和文件系统成功移植后，便可以在目标系统上进行程序开发了。不过针对本系统的具体要求，还需要在开发板中添加USB摄像头的驱动，这样以后，便将开发板带入到一个适合本系统应用程序的运行环境。

　　2.2视频图像的编解，

    JPEG标准中定义了三种编码系统：①基于DCT的有损编码基本系统，可以用于绝大多数的压缩应用场合；②用于高压缩比、高或渐进重建应用的扩展编码系统；③用于无失真应用场合的无损系统。常用的是基于DCT变换的顺序模式，称为基本系统。

　　解压过程与压缩编码过程正好是一个相反的过程，从压缩过程中可以知道，图像数据经过DCT变换再量化之后用huffman熵编码进一步压缩而得到了压缩数据。所以要对图像进行解码首先需要进行huffman解码，接着需要将墒解码的数据根据具体的量化表进行还原再进行IDCT变化可以得到原来的图像数据。

　　MJPEG（Motion JPEG，动态JPEG），是动态使用JPEG算法对视频信号进行压缩，其图像视频流的基本单元就是一帧一帧的JPEG图片。它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩。MJPEG的优点是画质比较好，能产生高质量、全屏、全运动的视频、每帧可以任意存取，可以动态调整帧率、分辨率，而且其编码相对比较容易实现。

　　本系统分为两个大的部分，目标机服务器软件与宿主机客户端软件。目标机服务器是采集和视频发送程序，两个线程分别完成采集和视频发送的功能；客户端软件主要用于接受TCP服务器的视频数据，并解码显示。系统工作原理如图4所示：

　　小结：

　　本文作者创新点是：结构简单，功能完善，视频的采集、压缩以及传输都集成在一个嵌入式模块中。嵌入式系统软件是基于嵌入式Linux操作系统的，开发资源丰富，有助于建立功能强大、结果复杂的大系统。在软件设计时充分采用了分层体系思想，使得系统具有很好的逻辑性，方便以后的维护和移植。由于系统采用面向对象的模块化设计，扩展灵活，易于实现系统的模块化管理，也能降低系统集成的困难和成本。