基于A(yíng)T91RM9200的嵌入式網(wǎng)絡(luò )攝像機的設計與實(shí)現

1． 引言
隨著(zhù)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程實(shí)時(shí)監控重要場(chǎng)所已倍受人們關(guān)注，網(wǎng)絡(luò )攝像機在此背景下產(chǎn)生，并成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )攝像機要將高清晰度的實(shí)時(shí)視頻信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送到監控終端，因其信息量巨大，所以必須壓縮。通常人們采用DSP與MPEG-4算法相結合的方案來(lái)實(shí)現，不僅編程工作量大，而且產(chǎn)品的成本高。本文所介紹的網(wǎng)絡(luò )攝像機采用專(zhuān)用的MPEG-4壓縮芯片、以嵌入式Linux作為操作系統，不僅開(kāi)發(fā)便捷、成本低廉，而且實(shí)時(shí)性好，適用范圍廣。
2. 系統總體設計
系統總體設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計模塊主要包括微控制器模塊、壓縮編碼模塊、網(wǎng)絡(luò )接口模塊和相機控制模塊四部分。微控制器模塊主要由主控芯片、DataFlash和SDRAM(1)組成。其中，主控芯片是整個(gè)控制系統的核心，它負責整個(gè)系統的調度工作。DataFlash里固化了嵌入式Linux內核、及其文件系統、應用軟件和系統配置文件。SDRAM(1)作為內存供系統運行使用。壓縮編碼模塊由視頻數據采集芯片、MPEG-4壓縮編碼芯片、SDRAM(2)組成，負責將視頻流轉化為MPEG-4碼流。網(wǎng)絡(luò )接口模塊主要是配合主控芯片傳送MPEG-4碼流。相機的控制模塊主要由串口芯片組成，其完成轉發(fā)控制相機命令的功能。當系統啟動(dòng)時(shí)，微控制器通SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設接口）將Linux內核轉入SDRAM（1）中，系統從SDRAM（1）中啟動(dòng)。系統啟動(dòng)后，微控制器通過(guò)HPI(Host Peripherial Interface, 主機接口)控制MPEG-4編碼模塊。統結構如圖1所示。

圖1 系統結構框圖
軟件設計部分主要包括嵌入式Linux移植、MPEG-4壓縮編碼模塊、CGI控制程序和MPEG-4解碼程序四部分。嵌入式Linux系統存放到由AT91RM9200控制的DataFlash里,它負責整個(gè)系統軟件的調度工作。MPEG-4壓縮編碼模塊主要負責模擬視頻流的采集，并將數字視頻流壓縮為MPEG-4數據流。CGI控制程序主要負責對攝像機的控制和對MPEG-4視頻流的相關(guān)設置。MPEG-4解碼程序主要負責對通過(guò)網(wǎng)絡(luò )得到的MPEG-4數據流的解碼工作。
3. 硬件設計
3.1微控制器模塊
微控制器是本系統的核心部件，選用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T核的32位微控制器。其主頻為180MHz，處理速度快，功能強，性?xún)r(jià)比高，能很好滿(mǎn)足嵌入式Linux系統的需求。它在系統中的主要作用是在系統上電時(shí)配置其他芯片的功能寄存器，在正常工作狀態(tài)下調度控制整個(gè)系統工作，通過(guò)片內以太網(wǎng)控制器控制物理層芯片發(fā)送碼流。
AT91RM9200通過(guò)片內的SPI總線(xiàn)和SDRAM控制器實(shí)現對外圍DataFlash和SDRAM的控制，利用片內的USART實(shí)現對串口芯片的控制，通過(guò)片內的以太網(wǎng)控制器對片外網(wǎng)絡(luò )芯片進(jìn)行控制。其控制原理圖如圖2所示。

圖2 控制原理圖
3.2壓縮編碼模塊
壓縮編碼模塊包括模擬視頻采集模塊和MPEG-4壓縮模塊。視頻采集芯片采用TI公司的TVP5150，數據壓縮芯片采用映佳公司的MPG440。TVP5150輸入端可是兩種混合視頻信號也可是S-Video端子的視頻信號，支持NTSC、PAL、SECAM等3種制式，其輸出的數據色彩格式可以為8bit 4：2：2數字信號或者8bit同步ITU-R BT.656數字信號。MPG440芯片具有符合工業(yè)標準的16b/32b的雙向主機接口,分別用來(lái)與視頻采集芯片和微控制器芯片通信。同時(shí)，具有移動(dòng)偵測、防偽水印、動(dòng)態(tài)調整IP畫(huà)格比率、動(dòng)態(tài)調整圖像質(zhì)量等特性，支持D1、VGA、CIF、QVGA、QCI等五種分辨率模式。微控制器通過(guò)主機接口實(shí)現MPG440的初始配置，也由此接收MPEG-4碼流。壓縮編碼模塊的硬件設計原理如圖3所示。