基于ARM的视频监控终端的设计与实现

关键词： arm , 视频监控

视频监控系统在工业、军事、民用领域有着广泛的应用，为这些行业的安全防范和环境监控起到了不可忽视的作用。视频监控系统正逐步由模拟化走向数字化，随着半导体技术的飞速发展和多媒体视频编解码技术的日益成熟，高性能、复杂的视频流压缩算法在嵌入式系统中的应用成为了现实。如今监控系统多采用专用处理器或RISC嵌入式处理器与DSP相结合的方法实现，本文探讨的是用ARM处理器与软件压缩相结合的办法实现。
视频临控系统总体设计
　　首先需要对系统进行总体规划，将系统划分成几个功能模块，确定各个模块的实现方法。整个视频监控系统采用C/S结构，从主体上分为两部分：服务器端和客户端。服务器端主要包括S3C2410平台上运行的采集、压缩、传输程序，客户端是PC机上运行的接收、解压、回放程序。视频监控终端从现场的摄像头捕获实时的视频信息，压缩之后通过以太网传输到视频监控服务器上。
　　如系统结构图（图1）所示，视频图像采集和打包发送在服务器端完成，图像的接收解包和回放将在客户端完成。

系统的硬件设计
　　系统采用模块化设计方案，主要包括以下几个模块：主控制器模块、储存电路模块、外围接口电路模块、电源和复位电路，如图2所示。

　　S3C2410主控器模块
　　主控器模块是整个系统的核心，采用的S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM920T处理器核的16/32位微控制器，该处理器最高运行频率可达到203MHz，它的低功耗、精简和全静态设计特别适合于对成本和功耗敏感的应用。S3C2410提供了丰富的片内资源，支持Linux，是本系统的合适选择。它能完成整个系统的调度工作，在系统上电时配置所有需工作的芯片的功能寄存器，完成视频流的编码，并通过以太网控制器控制物理层芯片发送视频码流。
　　系统存储电路模块
　　主控器还需一些外围存储单元如Nand Flash，和SDRAM。Nand Flash 中包含Linux 的Bootloader、系统内核、文件系统、应用程序以及环境变量和系统配置文件等；SDRAM读写速度快，系统运行时把它作为内存单元使用。设计采用了64M的Nand Flash和64M的SDRAM。
　　外围电路模块
　　本设计用到的外设有USB接口，网卡接口，RS232接口和JTAG接口。
　　视频监控终端的USB主控制器模块通过专用的USB集线器与多个USB摄像头相连。在实时监控状态下，各个摄像头上捕获的图像数据通过USB集线器传输到视频监控终端的USB主控制器模块上，然后再由USB主控制器模块交由S3C2410处理器集中处理。S3C2410对采集到的图像进行实时编码压缩，编码之后的码流直接传输到发送缓冲区中，等候发送。
　　本设计采用CS8900A扩展网络接口，它是CIRRUSLOGIC公司生产的16位以太网控制器，通过内部寄存器的设置来适应不同的应用环境。S3C2410通过地址、数据、控制线以及片选信号线对CS8900A网络芯片进行控制和通信。CS8900A与S3C2410的连接如图3所示，CS8900A由S3C2410的nGCS3信号选通，CS8900A的INTRQ0端用来产生中断信号，与S3C2410的16位数据总线相连，地址线使用了A[24:0]。

　　CS8900A以太网控制芯片通过DMA通道进行数据的传输。首先设置好传输控制和传输地址寄存器的参数，依次从指定的数据存储区域读取数据，送入内部发送缓冲器中，用MAC对数据进行封装发送。一组数据发送完后，请求DMA中断，由S3C2410进行处理。
　　RS-232接口与PC机串行总线相连，通过PC机对嵌入式系统进行相关信息显示和控制。而JTAG接口主要是对系统进行调试，还可将程序烧写到Flash中。
系统的软件设计
　　视频监控终端的软件设计主要完成两方面的工作：
　　（1）在硬件上搭建一个软件平台，搭建嵌入式Linux软件开发平台需要完成UBOOT移植、嵌入式Linux操作系统内核移植以及嵌入式Linux操作系统的设备驱动程序的开发等工作。
　　（2）在软件平台的基础上，开发系统的应用程序。借助交叉编译工具,开发视频监控终端上运行的采集、压缩、传输程序。
　　构建基于S3C2410的Linux平台
　　Linux具有许多优点，如开放源码；功能强大的内核，支持多用户、多线程、多进程、实时性好、功能强大稳定；大小功能可定制；支持多种体系结构。
　　构建嵌入式Linux开发平台需要先构建交叉编译环境，如图4所示。一套完整的交叉编译环境包括主机和目标机。在开发中主机是一台装有红帽公司的FedoreCore 2操作系统的PC机，目标机是基于S3C2410的视频监控终端。选用的交叉编译器是GCC3.3.4 for ARM版，嵌入式Linux内核源代码包版本号为2.6.8RC。