基于3G手機的視頻監控系統設計與實(shí)現

　　隨著(zhù)3G 網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展以及3G 手機各項功能的增強， 使得利用3G 手機實(shí)現隨時(shí)隨地的視頻監控已成為可能。而嵌入式技術(shù)作為當今IT 業(yè)的熱門(mén)技術(shù)， 各種嵌入式芯片如DSP， A RM， SOC 等被廣泛應用于數碼、安防、交通信號采集、遠程醫療等領(lǐng)域［ 1］ ， 可以預見(jiàn)未來(lái)便攜式多功能的個(gè)人醫療數字服務(wù)終端會(huì )像手機一樣普及［ 2］ ， 用戶(hù)可以隨時(shí)隨地地將自己重要的生理信息實(shí)時(shí)、準確、快速地傳送到遠程醫療中心或家庭護理專(zhuān)家處， 從而得到醫生的專(zhuān)業(yè)建議和指導， 實(shí)現遠程醫療監護的應用。文獻［ 3］ 中的無(wú)線(xiàn)監控系統也用到ARM9 芯片和WinCE 操作系統， 但對軟件設計部分論述不清晰， 文獻［ 4］ 論述的基于ARM 的無(wú)線(xiàn)視頻監控系統只介紹了簡(jiǎn)單的硬件結構和程序流程圖， 沒(méi)有給出實(shí)驗結果， 文獻［ 5］ 只給出了仿真圖， 文獻［ 6］ 論述的基于3G 的手機遠程監控系統也只介紹了簡(jiǎn)單的系統框圖和應用實(shí)例， 并沒(méi)有實(shí)驗結果， 文獻［ 7］ 和文獻［ 8］ 均采用ARM9 內核嵌入式芯片， 且采用Linux 操作系統，但是都沒(méi)有實(shí)驗驗證， 且主要論述的是Linux 內核編譯。本文設計一種基于A(yíng)RM9 芯片的3G 手機嵌入式視頻采集系統， 該系統與參考文獻［ 3-8］ 所論述的視頻采集系統相比， 具有體積小、能耗低、更新維護方便、開(kāi)發(fā)難度低等特點(diǎn)。

　　1 系統硬件結構

　　本系統的硬件平臺實(shí)物如圖1， 鑒于系統的可靠性、可擴展性、可維護性， 本系統采用模塊化的設計原則， 整個(gè)系統的視頻采集系統硬件由3 個(gè)部分構成。

　　圖1 硬件平臺實(shí)物

　　1. 1 微系統核心模塊

　　該模塊是由嵌入式微處理器S3C2440A， NANDFALSH 接口電路、SDRAM 接口電路和總線(xiàn)接口電路組成。S3C2440 是三星公司基于A(yíng)RM920T 內核的32 位RISC 微處理器芯片， 為手持設備及一般類(lèi)型的應用提供低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。采用了新的總線(xiàn)架構AMBA， 其內核還實(shí)現了MMU， Har vard 高速緩沖體系結構。另外其加強的ARM 體系結構MMU 支持WinCE， Linux 和EPOC32等操作系統［ 9］ ， 支持ARM 調制體系結構， 支持從NAND FLA SH 存儲器啟動(dòng)。而且， 它還集成了豐富的片上功能， 如LCD 控制器、UART 接口、USB 主從接口、I2C 接口、CAM IF 單元等。

　　SDRAM 雖掉電不能保存數據， 但它有非常高的讀寫(xiě)速度， 故適合主程序的運行。本系統采用2 片32 MB型號為HY57V561620 的芯片級聯(lián)構成64 MB 的SDRAM 存儲器， 該芯片的內部存儲結構是4 Banks×4M×16 b， 共4 個(gè)Bank。NAND FLASH 存儲系統采用三星公司的K9F1208U0M 芯片， 存儲容量為64M× 8 b。核心模塊與外設控制模塊的接口連接由總線(xiàn)接口實(shí)現。

　　1. 2 視頻采集模塊

　　該模塊采用Micro2440 開(kāi)發(fā)板自帶的CMOS 攝像頭接口， 直接使用友善之臂提供的CAM130 攝像頭模塊， 該模塊由一個(gè)130 萬(wàn)像素的CMOS 圖像傳感器OV9650 及其接口電路、電源電路組成。選擇CMOS傳感器是因為它有集成度高、體積小、功耗低、編程方便、易于控制、成本低等優(yōu)點(diǎn)， 并且該類(lèi)型的傳感器正向低噪聲和高靈敏度等方向發(fā)展， 故CMOS 傳感器是目前低像素圖像采集系統的最佳選擇。接口電路將圖像信號進(jìn)行A/ D 轉換和處理， 傳送到處理器的CAM IF。

　　微系統核心模塊通過(guò)I2C 串行總線(xiàn)實(shí)現對傳感器的控制。電源電路由電源轉換芯片A S1117 為攝像頭提供1. 8 V 和2. 8 V 電壓， 其中2. 8 V 電壓是通過(guò)可調壓芯片分壓得到（ 即為圖2 中的VDD_CAM） 。該模塊的供電電壓為3. 3 V， 與微系統核心模塊的供電電壓是一致的， 無(wú)需另外單獨提供。

　　1. 3 外設控制模塊

　　該模塊由LCD 與觸摸屏接口電路、JTA G 調試接口電路、U SB 主從口電路、復位電路、電源電路、RS 232串口電路等構成。LCD 與觸摸屏接口電路用于顯示應用程序編寫(xiě)完成后采集的視頻數據、接受用戶(hù)的外部控制命令等， 起到人機接口的作用。JAT G 調試接口提供硬件調試的功能， 它遵循IEEE 11491 標準， 利用邊界掃描技術(shù)， 通過(guò)邊界掃描鏈實(shí)現對芯片輸入輸出信號的觀(guān)察控制。JATG 在本系統中的一個(gè)重要功能就是將引導加載程序Boot loader 燒寫(xiě)進(jìn)開(kāi)發(fā)板， 用于進(jìn)一步的內核加載。USB 主口用于外接U 盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)和鼠標等支持U SB 總線(xiàn)接口的設備， 可以擴展存儲空間。

　　USB 從口則用于向系統燒寫(xiě)WinCE 內核文件以及系統與PC 機之間的通信。復位電路采用既有電源監控和數據保護又有看門(mén)狗作用的專(zhuān)門(mén)復位芯片MAX811來(lái)保證系統出現異常時(shí)能可靠復位。RS 232 用于通過(guò)超級終端或DNW 工具查看Bo ot loader 程序啟動(dòng)的情況以及擴展串口通信功能。該處的電源電路提供5 V（ 為整個(gè)系統提供外部電源） 、3. 3 V（ 核心模塊、外設控制、圖像采集模塊供電） 和1. 3 V（ 核心模塊供電） 。

　　2 圖像傳感器接口電路與工作原理

　　攝像頭使用的是CAM130 模塊， 其中的圖像傳感器為OV9650， 該部分原理圖及接口電路如圖2 所示。

　　圖2 CAM130 模塊原理圖及OV9650 接口電路

　　OV9650 與處理器的接口包括SCCB（ 串行攝像機控制總線(xiàn)） 接口、數據輸出接口和控制接口等3 部分。

　　SCCB 接口起到傳遞處理器提供的初始化OV9650內部寄存器參數的作用， 其數據線(xiàn)SIOD 和時(shí)鐘線(xiàn)SI-OC， 相當于I2C 總線(xiàn)中的SDA 與SCL。也就是說(shuō)， SC-CB 起到I2C 總線(xiàn)的作用。OV9650 是I2C 總線(xiàn)的從器件， S3C2440 是對應的主器件。I2 C 總線(xiàn)采用串行方式從高位到低位傳輸字節數據， 每個(gè)字節傳輸完后， 主控制器將SDA 置為高電平并釋放， 等待從設備發(fā)送確認信號。OV9650 內嵌了一個(gè)10 位A/ D 轉換器， 對應有10 個(gè)數據輸出口D［ 0： 9］ 。輸出圖像數據的格式可以為10 位原始RAW， RGB 或經(jīng)過(guò)內部DSP 轉換的8 位RGB/ YCbCr。本系統選擇的微處理器芯片S3C2440的CAM IF 單元支持8 位的YU V/ YCbCr 格式， 故需將OV9650 的數據接口D［ 9： 2］ 與CAM IF 的數據口CAMDAT A［ 7： 0］ 相連接。OV9650 的XVCLK 用于接收CPU 輸出的24 MHz 的工作時(shí)鐘。OV9650 內部產(chǎn)生的幀同步信號VSYNC、行同步信號HREF、像素時(shí)鐘信號PCLK 等3 個(gè)時(shí)鐘信號傳入ARM 芯片中， 用于控制圖像采集。每一個(gè)VSYN C 脈沖表示一幀圖像數據采集的開(kāi)始， HREF 的高電平則表示采集一行圖像數據， 圖像傳感器按從左到右的順序在每個(gè)PCLK脈沖過(guò)程中依次采集一個(gè)字節的數據， 直到一幀圖像數據全部采集完成。

　　3 3G圖片傳輸流程

　　圖片傳輸流程圖如圖3 所示， 3G 手機向MINI2440開(kāi)發(fā)板發(fā)送短信請求發(fā)照片， ARM9 控制中心接收到信息，發(fā)送出文件名與文件大小， TCP 服務(wù)器收到信息接收完圖片并關(guān)閉窗口， 同時(shí)向3G 手機回饋圖片已接收完畢的信息， 接著(zhù)3G 手機向服務(wù)器發(fā)送請求接收照片， T CP 服務(wù)器向3G 手機發(fā)送圖片數據， 直到圖片接收完畢， 當接收完畢， 3G 手機向服務(wù)器反饋圖片接收完畢。

　　圖3 3G 圖片傳輸方案

　　有關(guān)Micro2440 開(kāi)發(fā)板發(fā)送圖片及3G 手機接收圖片的部分程序如下所示：

　　/ / TCP 監聽(tīng)

　　UINT ListenT hread（ vo id * p）

　　{

　　/ / 準備接收請求

　　CGSMW_CameraDlg * pDlg = （ CGSMW_CameraDlg* ） p;

　　SOCKET s= pDlg？？> m_hSo cket;

　　CStr ing strFileName = temp; / / 得到文件名

　　st rcpy（ temp， buffer + i+ 1） ;

　　lo ng lFileSize = ato l（ temp） ; / / 得到文件大??；

　　st rFilePath= “ 123ARM ”+ strFileName; / / 進(jìn)度條操作，接收并保存文件

　　CFile file（ strFilePath， CFile： ： modeCreate | CFile：