基于PXA255和JPEG壓縮算法的嵌入式視頻監視系統

1 嵌入式系統的硬件構成
1.1 視頻數據采集終端
現場(chǎng)視頻信號的獲取采用基于PXA255的嵌入式CPU構建的開(kāi)發(fā)平臺Sitsang開(kāi)發(fā)板。基于PXA255的Sitsang嵌入式開(kāi)發(fā)板是一個(gè)功能強大的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺，其CPU工作主頻為 MHz，具有64M閃盤(pán)的存儲容量，內部RAM達到了32M，并且具有豐富的外設資源。其中Sitsang板上自帶的USB接口（USB1.0）能夠與USB攝像頭進(jìn)行連接，從而滿(mǎn)足本設計中視頻信號的采集要求。本設計采用MDC-30L作為視頻采集設備，直接通過(guò)USB接口與Sitsang板進(jìn)行連接。
1.2 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)
采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸方式，不僅能夠省去布線(xiàn)等施工操作，并且配置簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行設備的檢修和維護。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備采用TEW-310APB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋，它具有下列多種優(yōu)點(diǎn)，便于進(jìn)行圖像傳輸：采用直接序列擴頻 (DSSS)技術(shù)；提供高的數據速率帶寬達 22Mbps；提供 64/128/256位有線(xiàn)等效保密 (WEP)編碼；瀏覽器WEB配置和基于 Windows的配置軟件；通過(guò)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的MAC地址進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)控制；分開(kāi)的 2dBi雙極天線(xiàn)，更換其中任何一個(gè)天線(xiàn)為高增益天線(xiàn)即可以擴大信號覆蓋范圍。DHCP服務(wù)支持高達100個(gè)客戶(hù)端 ；10/100Mbps自適應快速以太網(wǎng)端口。
1.3 監視服務(wù)器
服務(wù)器中完成了多路視頻信號的采集和轉發(fā)工作，通過(guò)不同的端口與需要進(jìn)行視頻監控的客戶(hù)機進(jìn)行通訊，并傳輸壓縮好的視頻數據。因此，可以選擇一般服務(wù)器計算機就能滿(mǎn)足要求。
1.4 移動(dòng)監視終端
移動(dòng)監控終端我們同樣采用Sitsang開(kāi)發(fā)板來(lái)進(jìn)行設計。服務(wù)器收到相關(guān)數據后可以根據要求把數據轉發(fā)給移動(dòng)終端，移動(dòng)終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋接收數據后在液晶屏上進(jìn)行相應的顯示，這樣方便監控人員隨時(shí)隨地了解現場(chǎng)發(fā)生的情況。
系統硬件實(shí)現框圖如圖1所示：

圖1 硬件構成
2 系統的軟件設計
2.1 Linux 下開(kāi)發(fā)平臺的建立
Sitsang嵌入式開(kāi)發(fā)平臺適合多種嵌入式操作系統，本文在Sitsang開(kāi)發(fā)板上構建了基于ARM的嵌入式Linux操作系統，簡(jiǎn)稱(chēng)Arm_Linux操作系統，并且對Linux進(jìn)行了有效的裁剪，使其適應本設計的要求。
要在Linux系統中開(kāi)發(fā)應用程序，必須完成開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立。首先是建立交叉編譯環(huán)境，使程序能夠在PC機上進(jìn)行編譯、連接，然后下載到目標板（Sitsang板）上運行；其次選擇QT作為L(cháng)inux環(huán)境下可視化界面的開(kāi)發(fā)工具，Qt是Linux下免費的面向對象的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它具有優(yōu)良的跨平臺性能，支持絕大多數系統常用的API函數；最后要進(jìn)行內核的裁剪。
2.2 Linux 內核的裁剪和建立
原始的linux內核提供了較完備的系統資源，為開(kāi)發(fā)目標的實(shí)現提供了多種可行性方案的硬件支持，但是考慮到更充分的利用硬件資源和系統的穩定性，就要根據所需要的資源對內核進(jìn)行相應的配置，增加需要的設備資源，不需要的資源可不必加載其驅動(dòng)程序。
根據我們對這套系統的要求，確定了以下所用硬件：USB Host controller、USB Client、Touch Screen、LCD、FF UART、BT UART、LAN、VIDEO等設備資源以及與它們相關(guān)的一些接口總線(xiàn)設備。對于IrDA，USB鼠標鍵盤(pán)等設備我們沒(méi)有用到，從內核中進(jìn)行刪除。
2.3 軟件系統的實(shí)現
軟件分成幾個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行設計：
2.3.1 視頻采集處理模塊
這是整個(gè)系統軟件的“底層”工作部分。它直接通過(guò)攝像頭完成現場(chǎng)視頻圖像的實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行相關(guān)的初步處理，為網(wǎng)絡(luò )發(fā)送作好準備。
2.3.2 網(wǎng)絡(luò )通訊模塊
此模塊接收視頻采集模塊和狀態(tài)參數采集模塊提供的相關(guān)數據，傳遞給監控服務(wù)器以備下一步處理；同時(shí)，它還可以轉發(fā)監控服務(wù)器的數據給某個(gè)特定的移動(dòng)監控終端，以便實(shí)現移動(dòng)監控。
2.3.2 視頻顯示及報警模塊
此模塊在監控服務(wù)器和移動(dòng)監控終端上都存在，功能也基本相同。它可以實(shí)時(shí)的顯示接收到的視頻圖像，并在發(fā)現圖像異常時(shí)及時(shí)給出報警信號，提醒監控人員進(jìn)行處理。
2.3.4 文件服務(wù)模塊
此模塊主要是在發(fā)生報警后及時(shí)記錄相關(guān)信息，并在硬盤(pán)上存貯相關(guān)數據，以備將來(lái)查閱。
整體軟件設計框圖如下圖2所示：