基于物联网的一种无线视频采集系统

徐州医科大学医学信息学院 孙 元 韩明星 袁博文 卞双萌

1.引言

视频监控业务具有悠久的历史，传统的监控方式为模拟闭路电视监控，其工作方式为人工监视屏幕，通过电缆将视频信息传输到录制设备上，造价昂贵且扩展性很差。展望中国安防“十三五”，未来五年发展的总目标为：促进行业持续快速发展，产品和服务迈向中高端水平，突破一批核心技术瓶颈，进一步增强创新能力和国际竞争力，实现新的跨越：制造业向规模化、自动化、智能化转型；而物联网技术是依托各类可以接入的网络，实时采集我们所需要的各种信息：光、声音、视觉信息、物理、化学等，让人与物、物与物实现有效链接，可见将物联网技术运用到视频监控领域是未来监控技术发展的方向。本文介绍了一种采用了TI公司的DM365数字媒体处理器和H.264压缩格式的无线视频采集系统，免去了高昂的线缆费用，减轻了视频监测人员的工作压力，真正实现了移动互联，对于智慧家庭和智慧城市的建设有应用意义。

2.系统总体设计

基于物联网的无线视频采集系统采用“模块化”的设计理念进行设计，共分为五个模块：音频模块、视频输入模块、基于DM365芯片的信息处理模块、存储模块、通信接口模块。其工作原理如下：音、视频输入模块现场采集数据，送给基于DM365的音视频处理模块，处理模块对数据进行H.264格式压缩、RTP封装，然后将压缩后的数据传输到通信模块和外部存储模块。系统的整体框架如图1所示。

图1 系统整体框架

3.系统硬件设计

3.1 DM365最小系统设计

最小系统主要检测DM365芯片最基本的运行和程序下载，主要包含DM365芯片、晶振、复位电路、CPU电源、JTAG。晶振电路采用的是24MHz晶振来控制时钟，复位电路来恢复系统的起始状态。

本系统采用的处理器是基于德州仪器达芬奇家族的高清视频处理器TMS320DM365，其内部集成了ARM的内核ARM926EJ-S、MPEG-4/JPEG高清编解码协处理器MJCP、H.264高清编解码协处理器HDVICP，可以支持H.264、MPEG-4、JPEG等格式的高清视频解码。

TechvDM365 达芬奇视频开发板通过DDR2存储器接口扩展了128Mbytes的SDRAM，为视频应用带来了高吞吐、高容量的存储能力，还有512Mbytes（可以扩展至1G）的NandFlash为视频应用程序的脱机使用创造了条件。除此之外，它还包括很多外设，包括音频输入输出接口、10M/100M的自适应以太网接口、USB2.0接口、实时时钟、EMAC、SD/MMC接口等一系列的功能模块；最重要的是所有的外部存储器接口信号都连接到扩展接口上，用户可以通过设计外部子板来扩展自己的功能。

3.2 视频输入模块设计

视频输入模块采用的是CMOS图像传感器，是时下被普遍采用的图像传感器，其原理是利用感光二极管进行光电转换，将光像转换为电子数据。CMOS传感器不仅有突出的性价比优势，而且CMOS能够输出RGB，YUV，CCIR656等数字信号，也可以输出PAL/NTSC制式的模拟电视信号。现阶段，CMOS主要用于IP Camera，常规视频监控，楼宇可视对讲，视频会议系统，汽车监控，传统的CCTV监控等领域。综上，CMOS传感器对于本系统硬件平台的搭建还是满足的。

3.3 音频输入模块设计

音频模块主要采用的是TI公司的tlv320aic3101芯片，它是一种低功耗立体声音频编解码器与立体声耳机放大器，以及在单端或差分配置可编程的多输入多输出。该设备包括了广泛的基于寄存器的电源控制，从而使立体声48-kHz DAC在3.3-V模拟电源中低至14兆瓦，使该设备成为便携式电池供电的音频和电话应用的理想设备。音频模块见图2所示。

图2 音频模块

3.4 通信模块设计

该系统的通信方式是Wi-Fi无线通信技术，结合H.264视频压缩算法构建无线视频采集系统。该系统将设备采集的信源（视频、语音和数据）转换成统一的IP数据包格式，以Wi-Fi无线方式发送到AP，充分利用互联网，在监控区域设置AP即可实现无线与现有通信网络的无缝连接，构成无线视频监控网络。通信模块的设计如图3所示。

图3 通信模块框架图

4.系统软件设计

4.1 嵌入式平台选择

嵌入式系统中硬件平台的搭建只是完成实验项目的第一步，要想在硬件平台上完成相应的操作必须要搭建最适合硬件的软件平台，在本项目中采用的是Linux开发平台，Linux的开发人员多，因此支持的处理器平台和硬件设备多，支持的各种应用程序所需的基础库，小到物联网设备，大到云平台，都可以使用其资源来构建。另外，Linux为人诟病的实时性和确定性也一直在改进，加上开源特性，其他操作系统根本无法望其项背。

4.2 嵌入式Linux开发环境

在嵌入式系统中，由于芯片的处理能力有限，无法在嵌入式系统上安装编译器和连接器，也无法编写代码、编译、连接程序，于是出现了交叉编译器。交叉编译器是将源程序的代码作为输入，翻译产生用目标语言书写的等价程序。目前，使用最多的就是armlinux-gcc交叉编译链，其构建过程如下：

a）下载源文件、补丁和建立编译的目录；

b）建立内核头文件；

c）建立二进制工具(binutils)；

d）立初始编译器(bootstrap gcc)；

e）建立c库(glibc)；

f）建立全套编译器(full gcc)。

4.3 嵌入式Linux移植

Linux内核在对不同板级硬件的支持，都要进行一定的适应性修改。由于不同的开发板在资源分配方面有着一定的区别，如地址空间的分配等方面并不完全相同，所以在内核移植之前还要根据开发板的特征对内核做出一定的修改。Linux的内核移植主要有以下几个步骤：

第一步：改kcon fig；

第二步：配置内核；

第三步：编译内核得到驱动模块；

第四步：拷贝到文件系统，挂载板子，插入模块。

5.结束语

本系统经过前期的详细规划和设计，在充分考虑软硬件平台的优劣的情形下，最终采用了TI公司的DM365数字媒体处理器和运用H.264压缩格式设计了一种完全基于IP的无线视频采集系统。本系统对环境的适应能力强，无线通信模块持WCDMA/CDMA2000(EVDO)/TD-SCDMA全制式3G/4G移动通信网络，可实现远距离、跨地域大范围远程视频监控，还支持720P、1080P级别的高清相机的视频传输，无需铺设电缆大大减轻了人工成本。综合来说，本系统具有较强的视频监控能力，对工业物联网的建设具有应用意义。

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