基于H.264的嵌入式無(wú)線(xiàn)視頻監控系統

1 引言

對圖像監控系統，用戶(hù)常常對使用環(huán)境提出一些特殊需求，他們希望能夠監控距離比較遠的對象，這些對象有可能是深山的電網(wǎng)、荒原的油井或者其它無(wú)人值守或人無(wú)法到達場(chǎng)合的重要設備何地；另一方面他們希望獲取比較清晰的圖象，同時(shí)他們對圖象傳輸的實(shí)時(shí)性要求比較高，很明顯，用傳統的PC機加圖像采集卡的方式很難滿(mǎn)足這樣的需求[1]。

以往的視頻監控系統很多都使用了MPEG-4標準，而新一代視頻壓縮標準H．264是面向無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和因特網(wǎng)的視頻圖像編碼與傳輸技術(shù)，相對MPEG-4標準，除了增強網(wǎng)絡(luò )適應能力外，大幅度提高了壓縮編碼效率，在相同的碼率下能夠獲得更高的主客觀(guān)質(zhì)量。

碼分多址無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )具有覆蓋面廣、高效、低成本的特點(diǎn)。碼分多址網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸速率可達150 kb／s。這里開(kāi)發(fā)的嵌入式無(wú)線(xiàn)視頻定位監控系統就是充分利用了H.264視頻壓縮技術(shù)碼分多址無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和嵌人式系統的特點(diǎn)而搭建的數據傳輸系統。

本文提出了一種采用海思公司的Hi3510系統的設計方案，分別對系統軟硬件的設計進(jìn)行了詳細討論，完成視頻信號的采集、壓縮及傳輸功能。

2 系統架構

該系統由無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)監控用戶(hù)、中心服務(wù)器、嵌入式監控終端組成，系統架構，如圖1所示。無(wú)線(xiàn)終端用戶(hù)或者有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)向中心服務(wù)器發(fā)送用戶(hù)請求命令，先通過(guò)碼分多址網(wǎng)關(guān)接入Internet，然后到達中心服務(wù)器。中心服務(wù)器收到用戶(hù)命令后進(jìn)行命令解析，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )向監控終端發(fā)送控制命令，監控終端收到中心端的監控任務(wù)之后，就通過(guò)圖像采集模塊拍攝現場(chǎng)圖像，并將經(jīng)過(guò)H.264壓縮編碼后的圖像數據按照RTP通信協(xié)議，經(jīng)由碼分多址模塊發(fā)送回中心服務(wù)器。對于無(wú)線(xiàn)用戶(hù)，中心服務(wù)器再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )向用戶(hù)發(fā)送監控視頻或圖片，而對于互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)中心服務(wù)器則直接通過(guò) Internet向網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)提供視頻或圖片監控。中心服務(wù)器首先需要處理在數據傳輸過(guò)程中出現的數據包錯序、校驗出錯、丟包、重包等現象，即在通訊協(xié)議中增加請求丟包重發(fā)機制和超時(shí)機制；其次，中心服務(wù)器還要監控碼分多址傳輸數據質(zhì)量，并進(jìn)行反饋，由此來(lái)控制碼分多址在不同信號質(zhì)量下發(fā)送數據的速度；最后，服務(wù)器還要為用戶(hù)提供監控系統的Web瀏覽、視頻數據的硬盤(pán)存儲、下載等功能。系統采用雙C／S架構，具有非常好的擴容性，多個(gè)監控終端安裝在不同的地點(diǎn)，就能夠實(shí)現對不同目標的實(shí)時(shí)監控。

圖1. 監控系統構架圖

3 監控終端設計

監控端系統基于華為海思公司的高性能通信媒體處理器碼分多址搭建。Hi3510是一款基于ARM9、DSP雙處理器內核以及硬件加速引擎的高集成、可編程、支持MPEG-4 AVC/H.264協(xié)議的高性能通信媒體處理器。圍繞Hi3510分別搭建相應的硬件和軟件環(huán)境，就可以很方便的實(shí)現監控終端的設計。

3.1 監控終端硬件設計

要能夠正確運行一個(gè)系統，硬件方面至少應該包括CPU、內存和固態(tài)存儲器、系統內部總線(xiàn)以及外設接口，Hi3510處理器系統很好滿(mǎn)足了這些條件。具體硬件系統結構見(jiàn)圖2。

圖2. Hi3510處理器機構圖