基于ARM和GPRS的远程无线视频监控系统设计

谢亚萍

【摘要】 随着计算机网络、通信技术和多媒体技术的发展，传统监控系统也不断向着新的方向发展。针对公安系统的某些特殊应用场合，提出了一种基于ARM和GPRS的远程无线视频监控系统。首先将摄像头采集到的模拟视频信号进行A/D转换，再通过BF533处理器进行图像压缩，经过图像压缩的视频信号再通过SPI传送到主控ARM处理器S3C2410来完成视频数据的无线网络发送。通过 MC55 GPRS模块接入GPRS网络，将视频不断的发给远端的监控中心。

【关键词】 ARM GPRS 无线视频 监控系统

一、引言

目前在图像监视领域，有线方式的视频监视系统较为普遍，而在设备分布广泛和数据不易采集的场合，如：公安、消防、城管执法、银行押运、电力抢险、海事执法、海关边防、军事侦察等领域，监控场所的环境又比较复杂。在这些复杂的环境下，无法实现有线网络架设，视频监控点和视频监控接收端通常又处于移动状态下，此时，有线视频监视方式受到了固有物理布线的限制而显得无能为力，但远程无线视频监视方式则没有这种限制。

随着无线通信技术的飞速发展、互联网的广泛普及，实时动态图像的采集、压缩和远程无线传输技术成为了无线通信、计算机领域的重要研究课题。基于无线通信网络的无线监控技术可以很好满足这一社会需求。无线Internet是依托现有的移动通信技术接入Internet，是对有线Internet网的有益补充，目前国内现有的移动通信网络有GSM网络，GPRS网络、CDMA1X网络，利用无线通道传输话音、数据、视频己经可以实现。

远程监控技术的出现，是计算机网络技术与故障监控技术相结合的必然结果，它具有灵活性好、移动性强、布点灵活、工程量小与工程周期短等优点。与有线视频监视系统相比，无线视频监视系统具有很大的优越性，其研究也具有重大的经济意义和现实意义。

二、系统硬件设计

嵌入式远程无线视频监控系统的硬件平台主要包括两部分：监控终端和监控中心。其中监控终端主要由摄像头、A/D转换模块、MPEG-4图像压缩模块、嵌入式平台、GPRS Modem组成；监控中心是一台连入Internet网络的工控机，负责协调控制系统中各个模块的动作，管理监控内容。系统组成框图如图1所示。

考虑到系统监控中心所用的PC机需要长时间运行，并且处理大量数据，本设计监控中心PC机采用工控机。考虑到成本限制，本系统的视频采集端选用价格低廉的模拟摄像头。通过A/D转换模块将摄像头采集到的模拟视频信号转变为数字视频信号，再进行视频图像的编码压缩。在GPRS网络上传输的视频图像数据应该是经过JPEG编码压缩的，所以监控终端的核心硬件要完成JPEG图像编码压缩、接入GPRS网以及协调各模块的工作。使用以SIEMENS MC55模块为核心的GPRS Modem来接入GPRS网络。MC55模块支持语音和数据通信，而且模块自带TCP/IP协议栈。使用SAMSUNG公司的ARM9系列芯片S3C2410A协调硬件工作，并完成视频数据的无线网络发送。

视频数据由普通模拟摄像头来完成图像采集，然后将采集到的模拟视频信号通过A/D转换芯片SAA7111A，并送至BF533处理器，进行MPEG-4图像压缩处理，经过压缩的视频图像信号通过SPI（serial Peripheral Interface，串行外设接口）接口发送到主控嵌入式平台S3C2410A来完成视频数据的无线网络发送。通过SIEMENS公司MC55 GPRS Modem来接入GPRS网络。最后通过无线网络运营商的网关服务器，接入Internet，这样系统监控中心就可以通过网卡同Internet相连。

三、系统软件设计

远程无线视频监控系统利用现有的GPRS移动通信网络，采用数字视频压缩技术和嵌入式技术，实现对远程现场的实时视频信号的高效采集、压缩、发送和处理。系统软件总体框架如图2所示。在程序设计过程中采用了模块化的思想，使用模块化思想设计的程序可读性好、易于修改，而且可移植性好。由于系统软件比较大，功能比较多，利用模块化思想设计程序还有助于理清思路，从而加快程序开发进程。

系统软件总的来说由监控终端软件，监控过程通信软件和监控中心管理软件三部分组成，其中监控过程通信软件的开发需要在监控中心和监控终端上同时进行。监控终端软件和部分监控过程通信软件是在嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ上开发的，与支撑硬件一起构成了系统的嵌入式终端。三个部分在完成不同功能的同时又互相协调工作，最终完成视频图像采集、处理、传输和显示，以及现场重要数据的获取、传输和显示。

由于系统软件包含了监控中心管理软件，监控过程通信软件和监控终端软件三部分，中心和终端两部分需要协调工作，二者通过GPRS网络和Internet网络传送数据。软件运行时监控中心软件先于监控终端软件启动，中心“判断数据含义”是指判断接收到的数据对应的帧类型，包括帧有效，帧结束，无视频信号，帧丢失等；终端“初级帧处理”是指对从视频模块输出的数据帧进行初步处理，使之适用于网络传输。另外获取现场数据要启动一个新线程，系统关闭时，这个线程也随之终止。

四、结论

本设计是针对公安系统的无线视频监控设计，综合嵌入式技术和GPRS网络实现远程无线视频图像的实时采集和无线传输。提出一种基于嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系统和GPRS网络的无线图像、数据的采集与传输的通用解决方案，结合GPRS网络传输的特点，建立了监控终端到监控中心的实时视频传输系统，实现了高品质的实时视频传输。

此外本系统设计可以考虑做一下改进：（1）采用CDMA通信网络进行视频传输。目前CDMA移动通信网络日趋成熟，我们采用CDMA1X数据通讯技术进行压缩视频的无线传输，传输速率更高，传输视频图像更加流畅；（2）改进编码算法，提高压缩比。可以改进当前MPEG-4编码算法中的主要模块如采用1/4象素的运动估计，或者改用最新的H.264数字视频压缩编码技术来提高压缩比及视频质量。参 考 文 献

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