Windows CE 視頻監控系統的設計

摘要：本文主要是在S3C2410處理器上移植嵌入式WindowsCE操作系統、USB攝像頭驅動(dòng)，在A(yíng)RM9處理器上完成視頻采集，壓縮，通過(guò)以太網(wǎng)接口連入局域網(wǎng)，隨時(shí)可供授權用戶(hù)在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，當有物體闖入監控范圍內時(shí)，將抓拍下畫(huà)面并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短信至用戶(hù)手機。本文詳細介紹了硬件電路的設計和主要軟件的編程實(shí)現。

1引言計算機智能視頻監控是計算機視覺(jué)領(lǐng)域一個(gè)新興的應用方向和備受關(guān)注的前沿課題。伴隨網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和數字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，監控技術(shù)正向著(zhù)智能化、網(wǎng)絡(luò )化方向不斷前進(jìn)。監控系統功能日益強大，但是依然需要工作人員不間斷地分析監視場(chǎng)景內的活動(dòng)，日夜值守，工作量繁重。因此計算機視覺(jué)和應用研究學(xué)者適時(shí)提出新一代監控視頻監控的概念。視頻監控在不需要人為干預情況下，利用計算機視覺(jué)和視頻分析的方法對攝像機拍錄的圖像序列進(jìn)行自動(dòng)分析，實(shí)現對動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中目標的定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷目標的行為，從而既能完成日常管理又能在異常情況發(fā)生時(shí)及時(shí)做出反應。計算機視頻監控系統不僅符合信息產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢，而且代表了監控行業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向。

嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎、軟硬件可裁剪、適應于特定應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統，由于嵌入式系統的實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，監控計算機逐漸向嵌入式方向發(fā)展。但是目前大多數嵌入式系統還孤立于Internet之外，隨著(zhù)Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結合日益密切，嵌入式設備與Internet的結合將代表著(zhù)嵌入式技術(shù)的真正未來(lái)。本文所研究的基于WindowsCE的視頻系統結合了嵌入式、網(wǎng)絡(luò )、智能監控等特點(diǎn)，用于遠程自動(dòng)監控場(chǎng)所。

2系統總體結構在嵌入式處理器上移植嵌入式操作系統，不僅提高了開(kāi)發(fā)效率，還可以大大提升視頻監控的靈活度和擴展性，使得視頻監控系統的后續應用程序開(kāi)發(fā)便于實(shí)現。本視頻監控系統總體結構如圖1所示。

前端USB攝像頭負責視頻采集；帶有嵌入式操作系統的ARM9控制模塊控制USB攝像頭的視頻采集和傳輸(通過(guò)以太網(wǎng)和中國移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )兩個(gè)途徑)；Ethernet接口和GPRS模塊作為網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊。

3系統硬件設計數字視頻監控系統的硬件核心ARM微處理器S3C2410X是韓國的三星公司生產(chǎn)的32位RISC微處理器。含ARM920T內核[1]、CPU主頻203MHz、板載64MBSDRAM、64MBFLASH。系統的核心硬件設計組成如圖2所示。主要包括USB攝像頭，采用CMOS35萬(wàn)象素感光芯片，處理器通過(guò)USB接口讀取USB攝像頭的視頻圖像數據；以太網(wǎng)卡采用了10M以太網(wǎng)卡芯片DM9000；GPRS模塊采用華為GTM900無(wú)線(xiàn)模塊，插入SIM手機卡后通過(guò)AT命令發(fā)送短信到用戶(hù)手機上。

4系統的軟件模塊設計軟件部分包括WindowsCE。NET開(kāi)發(fā)板具備良好支持的板級支持包，可快速定制一個(gè)基于標準PC硬件結構的嵌入式平臺，實(shí)現基于Windows平臺軟件的重用和移植，能較好地滿(mǎn)足嵌入式PC視頻監控系統的開(kāi)發(fā)和應用需求。

4。1嵌入式系統平臺設計NK。BIN是系統配置文件和定制的OS核心模塊合并后經(jīng)編譯形成的一個(gè)二進(jìn)制文件，NK。BIN的構建就是對構成OS的模塊進(jìn)行配置、鏈接、定址以生成可啟動(dòng)OS鏡像的過(guò)程，在嵌入式平臺創(chuàng )建過(guò)程中完成。根據視頻監控功能需求，主要是選擇BSP以及對OS各模塊特性進(jìn)行定制。

(1)選擇BSP。針對本系統的ARM920T硬件平臺，我們選擇了硬件廠(chǎng)商附帶的BSP作為嵌入式平臺的底板支持。此BSP提供了對相關(guān)設備驅動(dòng)(ARM920T芯片驅動(dòng)、網(wǎng)卡、USB像頭等)的軟件實(shí)現和支持，以及WindowsCE。NETOS的核心特性的支持。

(2)應用程序和服務(wù)特性。選擇COM組件特性，以提供對DirectX基于COM對象的函數和方法的接口支持。

(3)通信和網(wǎng)絡(luò )特性。網(wǎng)絡(luò )設備/驅動(dòng)器接口規范，TCP/IP協(xié)議棧及其它網(wǎng)絡(luò )API，包括WindowsNetworkingAPI、RTCClientAPI等網(wǎng)絡(luò )模塊，以實(shí)現向網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器發(fā)送視頻數據的能力。

(4)文件系統和數據存儲特性。對內置文件系統選取ROMRAMFileSystem模塊，用于OS鏡像的存放和運行。外圍存儲設備的文件系統由存儲管理器負責管理，選取StorageManager模塊，以實(shí)現對FAT文件系統的存儲管理。

(5)編譯、鏈接、裝配OS各定制模塊，生成NK。BIN文件。建造CE操作系統后，應創(chuàng )建為平臺上其他應用程序的開(kāi)發(fā)提供支持的軟件開(kāi)發(fā)工具包SDK(包括WindowsCE。NET操作系統組件，硬件驅動(dòng)程序等)?？梢岳肊mbeddedVisualC++4。0提供的工具來(lái)創(chuàng )建、測試和修改應用程序。利用Platform。Builder4。0創(chuàng )建SDK并導入到MicrosoftEmbeddedVisualC++4。0，然后從環(huán)境列表中選擇所定制的平臺，進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)、調試和運行。

4。2應用程序開(kāi)發(fā)系統主要模塊包括：視頻采集模塊，視頻壓縮傳輸模塊，圖像動(dòng)態(tài)檢測及GPRS報警模塊。

1，視頻采集本系統所用的是基于OV511芯片的網(wǎng)眼2000USB攝像頭。WindowsCE下的設備驅動(dòng)程序分為兩類(lèi)：本機驅動(dòng)程序和流接口驅動(dòng)程序。本機設備驅動(dòng)程序，也稱(chēng)為“內置驅動(dòng)程序”，這些設備驅動(dòng)程序是一些硬件所必需的，是由原始設備制造商創(chuàng )建的，用以驅動(dòng)如鍵盤(pán)、觸摸屏、音頻等設備，往往在設備售出后就不會(huì )再更換。流接口驅動(dòng)程序是運行在用戶(hù)級別的動(dòng)態(tài)鏈接庫，用來(lái)實(shí)現一組稱(chēng)為流接口函數的固定函數，這些流接口函數使得應用程序可以通過(guò)文件系統中的特殊文件與設備進(jìn)行交互。

每個(gè)流接口驅動(dòng)程序必須實(shí)現一組標準的函數：XXX_Close，XXX_Deinit，XXX_Init，XXX_IOControl，XXX_Open，XXX_Powerdown，XXX_powerUp，XXX_read，XXX_Seek，XXX_Write用來(lái)完成標準的文件I/O函數和電源管理函數，這些函數提供給WindowsCE。NET操作系統的內核使用。這些函數通常也叫做流接口驅動(dòng)程序的DLL接口。

流接口USB驅動(dòng)主要分為下面幾步：1）建立一個(gè)WCEDynamic-LinkLibrary；2）書(shū)寫(xiě)一個(gè)Exportdef文件輸出各個(gè)驅動(dòng)需要的函數符號；3）依據USB驅動(dòng)加載的流程，添加完成USBInstallDriver，USBDeviceAttach，USBUnInstallDriver，CAM_Init，CAM_Deinit各個(gè)函數，并進(jìn)行測試；這些函數正確填寫(xiě)之后，驅動(dòng)程序就可以加載了。