无线视频监控关键技术研究及开发

程向娇 黄言态 温州职业技术学院 315035

无线视频监控关键技术研究及开发

程向娇 黄言态 温州职业技术学院 315035

本文介绍了基于Motorola 的龙珠处理器上开发无线视频监控系统的关键技术。本系统采用高性能ARM9芯片，通过i.MX的CMOS采集摄像头图像数据, 并将采集的图像数据帧经JPEG 压缩；通过WIFI 无线发送/接收模块进行图像数据传输。关键词嵌入式Linux;设备驱动;ARM；视频采集Abstract The paper introduces the key technology based o the development of wireless dragon video monitoring system. This system adopt the high-performanc ARM9 chip , The i.MX’s CMOS collects th camera image data,the data frame compresse the image collecting and after JPEG; WIFI th wireless sending/ taking-over module carries ou image data transmission. Key words Embedded Linux；Device drivers；ARM；Video_capturing

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1、引言

随着信息技术的飞速发展, 信息采集不再停留在文字类型上。实时的、高品质的图像信息是许多决策者和科技人员获得动感和感性认识的源泉。视频采集在这方面发挥了很大的作用, 越来越受到人们的重视。

传统的基于同轴电缆的视频监控系统结构复杂、稳定性差、可靠性低且价格昂贵，同时基于个人计算机的视频监控系统终端功能较强，但稳定性不好,视频前端较为复杂，可靠性不高。

本文中提出了一种嵌入式无线视频监控系统,使用高性能ARM9 芯片作微处理器, 控制摄像头视频数据采集, 采集的视频数据经JPEG 压缩后, 在ARM9 芯片的控制下通过WIFI无线发送模块进行视频数据传输；在接收端，服务端将接收到的压缩数据帧重组、复合解压成视频图像并显示, 实现无线视频的监控。因为发送端和接收端是一个相反过程，所以本文重点介绍图像的采集以及WIFI发送两大关键模块的实现。

2、系统总体结构

图1 无线视频采集系统

整个系统的结构如图所示:以Motorola 公司设计的处理器i.MX为核心，包括图像采集终端（因为摄像头的输入是模拟信号，所以需要A/D转换设备SAA713H）、2.4G WIFI 无线发送/接收模块、图像显示等几个模块组成。

Motorola 公司设计的处理器i.MX是一款先进的嵌入式ARM 处理器,集成了CMOS传感器接口(CSI) , 它是个逻辑接口, 使得i.MX可以直接与外部的CMOS图像传感器连接。CSI 接口具有以下特点:

(1) 可配置的接口逻辑, 支持常用的CMOS 传感器;

(2) 针对YCC 或Beyer2RGB 数据输入的8 位并行数据端口;

(3) 用于图像存储的FIFO , 支持处理器的数据读入和DMA 数据传输;

(4) 可配置的输出到传感器的主控时钟频率;

（5) 摄像自动曝光和自动平衡控制的数据生产。

CMOS传感器采集图像数据以DMA方式传送到由i.MX 为核心的MX1系统,每帧图像640*480 字节(大小可设) , 每秒可以获取15 帧图像信息。MX1系统对接收到的图像数进行压缩, 中央控制和数据处理中心主要完成视频采集终端控制和视频图像压缩, 并将需要传输的数据经编码处理后发送到nRF2401无线发射模块。

视频接收模块的中央控制和数据处理中心主要完成以下任务:nRF2401 接收视数据,i.MX先解码接收的数据, 再通过LCDC接口把输出通过LCD显示（由于我们的显示设备是模式设备，所以在这中间加入了模/数转换设备FS453）或其他接口将视频数据传输到视频应用服务端以便别的用途。

3、关键模块实现

3.1 MPEG-4编码程序设计

由于采用的是模拟摄像头，所以从模拟摄像头采集的数据（PAL制式）首先要经过模数转换芯片转换成YUV4:2:2格式的数字图像，然后再经过预处理模块转换成YUV4:2:0格式，之后才能进行MPEG-4的图像压缩。

摩托罗拉公司i.MX21应用程序处理器集成了Hantro Products公司的4350硬件视频编解码器，能以30fps速率同时实现CIF分辨率的编解码，所以我们只需要根据Hantro公司提供的API函数来设计实现符合项目需求的MPEG-4编解码程序，图像压缩流程如下(图2)。

首先压缩流程会先调用MP4API_EncoderInit()函数对编码器进行初始化并设置编码参数为默认状态，应用程序可以通过MP4API_EncoderConfig()函数对相应的编码参数进行修改，当相应的参数设置完毕后，我们就可以通过调用MP4API_EncoderStartStream()来生成MPEG-4压缩数据流相应的帧头，同时通过读取从缓存中过来的数据，调用MP4API_Encode()来对数据流进行MPEG-4的压缩，当数据流结束时，调用MP4API_EncodeEndSteam，然后再调用MP4API_EncodeSteam关闭编码器。WiFi模块设计

3.2 WiFi模块系统架构

WiFi模块主要由基带处理器和射频前端两部分组成，其硬件结构如图所示。

设计中的2.4G无线音视频传输模块主要由射频收发器RF2958、基带处理器RF3002、射频功率放大器RF5189，收发开关、滤波器和电源模块等组成。

WIFI的硬件接口设计电路如下图，当媒体控制层MAC需要建立和修改RF3002的各种模式时，该控制端口被使用，并为SPI模式，RF3002为从片。本文设计的无线可视门禁系统的WiFi接入正是基于SPI接口设计的。

SPI 总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO，用于 CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯[24]。

4、结语

在i. MX上运行嵌入式Linux 操作系统, 实现嵌入式视频采集的功能, 结合先进的WIFI技术, 使用非常方便、灵活。另外,为克服嵌入式系统资源紧张, 处理器运算能力和资源不及PC机的缺点, 可以将图像数据进行压缩处理, 如使用JPEG压缩算法,可以减少数据传送量, 提高画面质量。

[1]黄言态.基于linux嵌入式无线视频采集系统实现.机电工程.2008

[2]俞尧亮.面向智能终端的嵌入式软件平台关键技术研究.宁波大学.2009

[3]刘国建.数字无线电子终端关键技术研究及其应用开发.宁波大学.2009

[4]杨颖，陈之龙等.基于USB摄像头的嵌入式远程视频监控系统.微计算机信息. 2007.2

[5]王祖林,龙翔等.龙珠i. MX结构及应用基础. 北京: 北京航空航天出版社. 2004.1

[6]赵昌永,王勇等.一种基于嵌入式Linux的视频采集系统.仪器仪表学报.2005.8

[7]赵安邦,陈华等.基于PXA250嵌入式系统的视频采集系统.微型机与应用. 2005.5

[8]王剑非，孟彦杰等.基于linux操作系统的视频采集卡驱动程序设计.微计算机信息.2007.8

Chen Xiangjiao Huang Yantai

(Electrical and electronic Department,Wenzhou Vocational&Technical College,Wenzhou;)

图2 图像压缩流程

图3 WiFi接入模块硬件结构

图 4 WIFI接口电路

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.075