基于StrongARM的視頻采集與處理系統

2.2 系統工作流程

模擬輸入部分：攝像機將采集到的模擬數據發(fā)送到A/D轉換芯片進(jìn)行視頻解碼，模擬電路需要提供A/D轉換芯片所需要的時(shí)鐘頻率24.576MHz，A/D轉換芯片將用此頻率來(lái)同步MJPEG壓縮芯片。模擬電路部分還包括對攝像機焦距和云臺轉向的控制電路。

視頻壓縮部分：MJPEG壓縮芯片將A/D轉換芯片輸入的YUV格式的數據進(jìn)行MJPEG格式的壓縮。MJPEG由JPEG圖像連接組成，相比JPEG圖像每幅都有自己的量化表和Huffman碼表。MJPEG可以?xún)H使用一張量化表和Huffman碼表對連續幾十幀甚至上百幀圖像進(jìn)行壓縮，僅當數據發(fā)生丟失時(shí)才需要重新載入量化表和Huffman碼表。這一優(yōu)點(diǎn)大大降低了系統視頻解碼時(shí)所需要的開(kāi)銷(xiāo)。而且，MJPEG可以分幀存儲，這給數據的管理和回放來(lái)了方便[4]。

邏輯譯碼電路：邏輯譯碼電路需要完成中斷請求的譯碼以及片選信號的譯碼，并提供降頻的時(shí)鐘信號等。

系統數據處理：當嵌入式操作系統啟動(dòng)時(shí)，首先對子系統供電，將視頻采集系統的驅動(dòng)程序載入設備管理器 Device Manager ，然后由應用程序調用MDD層的初始化函數完成如下工作：

(1)通過(guò)I2C總線(xiàn)讀寫(xiě)A/D轉換芯片寄存器進(jìn)行初始化；

(2)通過(guò)地址及數據總線(xiàn)對MJPEG壓縮芯片進(jìn)行初始化處理，裝入壓縮需要的量化表及Huffman碼表；

(3)初始化邏輯譯碼電路。

初始化完成后，系統采集數據及通道切換都要通過(guò)中斷請求來(lái)完成。對于嵌入式操作系統來(lái)講，此工作方式是合適的。因為基于SA-1110的嵌入式操作系統速度遠遠高于A(yíng)/D轉換芯片和MJPEG壓縮芯片的工作速度，中斷請求及中斷服務(wù)不會(huì )給系統帶來(lái)很大的負荷。系統采用A/D轉換芯片和MJPEG壓縮專(zhuān)用芯片進(jìn)行視頻數據處理，也就是說(shuō)對4臺攝像機來(lái)講，只能分時(shí)地占用這些資源，這就要靠嵌入式操作系統來(lái)完成對通道選擇的控制及緩存數據的讀取。

對A/D轉換芯片來(lái)說(shuō)，每完成一幀圖像的轉換，將輸入切換到另一個(gè)攝像頭上，開(kāi)始接受下一個(gè)攝像頭的模擬數據(這一功能由SA-1110對I2C類(lèi)型的A/D芯片進(jìn)行控制而實(shí)現[5])。因此它源源不斷地傳出輪流時(shí)分的4個(gè)攝像頭的視頻信息。MJPEG壓縮芯片則僅僅負責將收到的原始數據進(jìn)行壓縮，并將結果寫(xiě)入緩存FIFO。

當子系統正常工作后，整個(gè)系統是中斷驅動(dòng)的。有如下兩種中斷：

(1)MJPEG芯片對一幅圖片壓縮完成

這意味著(zhù)一路攝像機輸入的圖像已經(jīng)完成。此時(shí)，系統會(huì )進(jìn)行通道選擇，將A/D芯片的輸入切換到另一臺攝像機上。這樣，下一幀圖像就是另一路攝像機輸入的，從而完成了攝像機對A/D轉換芯片的時(shí)分復用。這一操作通過(guò)I2C總線(xiàn)完成，通過(guò)對A/D芯片內部寄存器的修改，切換A/D模擬輸入的通道。

(2)FIFO半滿(mǎn)指示

這意味著(zhù)緩存正等待操作系統將數據移走，以便新的數據存儲。系統將通過(guò)數據總線(xiàn)將FIFO中的數據讀入指定緩存。

至此，視頻數據采集過(guò)程已經(jīng)完成。接下來(lái)是對數據的處理，包括分辨數據源(攝像頭)、UDP打包處理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)送。這一過(guò)程也由嵌入式操作系統完成。遠端的服務(wù)器可以通過(guò)調用函數對攝像頭進(jìn)行調焦、轉向等控制。這一功能通過(guò)信令通道與嵌入式操作系統之間通信來(lái)完成。遠端的監控服務(wù)器將通過(guò)LAN或WAN收到的HDP數據進(jìn)行處理、解碼、顯示、管理等。
(3)本系統在網(wǎng)絡(luò )監控中的應用

基于小型嵌入式操作系統的視頻采集傳輸系統非常適合網(wǎng)絡(luò )監控的應用。如果數字視頻監控系統提供遠程訪(fǎng)問(wèn)能力，這意味著(zhù)世界上任何有通信線(xiàn)路的地方，用戶(hù)都能夠使用PC機，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接到他們的數字視頻服務(wù)器，從而選擇觀(guān)看到所需的視頻圖像。連接的網(wǎng)絡(luò )既可是局域網(wǎng)也可是廣域網(wǎng)，還可以是一個(gè)通過(guò)電話(huà)線(xiàn)的撥號網(wǎng)絡(luò )。

這樣的監控系統框圖如圖4所示。

本文介紹的基于StrongARM的視頻采集和處理系統，采用MJPEG進(jìn)行圖像壓縮編碼，并使用基于SA-1110的嵌入式操作系統進(jìn)行本地化數字處理并打包向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送，使得數字視頻采集系統的所有功能都集成在一個(gè)小小的電子設備上。一根電話(huà)線(xiàn)、一根電源線(xiàn)、一個(gè)手持設備就可以組成一套完整的視頻監控系統遠端設備，不需要早前的視頻采集卡等輔助設備與PC相連。集成度高、多路并行采集。這些特點(diǎn)使得本系統有廣泛的應用前景。

參考文獻
1 Microsoft Windows CE Device Driver Kit． Microsoft Press Part No.097-0002205 ISBN:1-57231-856-2
2 Intel StrongARM SA-1110 Microprocessor Developer's Manual． June 2000． Intel Company order number 278240-003
3 Intel StrongARM SA-1110 Microprocessor Development Board Manual． June 2000． Intel Company order number 278278-006
4 ZORAN Corporation． ZORAN ZR36060 Datasheet．1998
5 Philips Corporation．Philips SAA71113 Datasheet．1998 Sept 4
6蔡茂國，楊淑雯．基于DSP的遠程監控系統的設計與實(shí)現．電子技術(shù)應用，2001；27(9) 52~54