基于ARM9的视频监控终端的设计与实现

视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分， 它具有直观， 方便， 信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。传统的数字视频监控一般采用基于PC机平台+ 视频采集卡的形式， 该方案有系统体积大、成本高、稳定性不够好等缺点。随着嵌入式系统监控和视频压缩技术的日渐成熟， 以及高网络带宽的普及， 通过嵌入式平台， 实现视频信号采集、压缩， 通过网络传输， 进行视频监控已成为可能。 该设计采用的是韩国三星公司的一款基于ARM920T 内核的嵌入式处理器， 并将国际上流行的MPEG4 压缩编码技术和流媒体传输技术相结合，开发出可靠性高、成本低、体积小、功耗低的远程视频监控系统终端。

1 系统开发硬件平台

系统硬件平台如图1 所示。该设计采用的是韩国三星公司的S3C2410 ARM 嵌入式处理器， 主频可以达到203 MHz. 内置有丰富的外设资源， 包括存储器、串口、网口和USB 等接口控制设备，主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。 S3C2410 作为系统控制单元，其出色的性能、丰富的片内外资源、对视频处理功能的优化、低功耗等特点成为系统的首选。该核心板内置了64 MK9F1208 的NAND Flash, 2MSST39VF1601 的Nor Flash, 以及以太网控制芯片国三星公司的S3C2410 ARM 嵌入式处理器， 主频可以达到203 MHz. 内置有丰富的外设资源， 包括存储器、串口、网口和USB 等接口控制设备， 主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。 S3C2410 作为系统控制单元，其出色的性能、丰富的片内外资源、对视频处理功能的优化、低功耗等特点成为系统的首选。该核心板内置了64 MK9F1208 的NAND Flash, 2MSST39VF1601 的Nor Flash, 以及以太网控制芯片CS8900Q3. 两路UART 串行口支持RS232 协议，用于和PC 通讯和控制摄像头， 波特率高达115 200 bps. 外接USB 摄像头采用的是基于中星微Z301 芯片的极速摄像头。 像素达到130 万， 色彩位数24 位， 最大帧数可以达到30 帧， 画面流畅、清晰， 支持： S3C2410、QQ2440v3 mini2440 等ARM9 开发板， 即插即用， 对嵌入式系统开发是个不错的选择。

图1 系统硬件平台

该系统通过USB 摄像头采集视频原始数据，S3C2410 作为核心的中央控制和数据处理中心，主要完成视频采集终端控制和视频图像压缩， 并将压缩后的视频数据打包形成标准的网络数据流传输到因特网中。

2 系统的软件设计

系统的软件设计主要包括如下几个方面： 交叉编译环境的搭建、USB 视频采集、视频编码压缩， 以及视频流的网络传输。 系统软件架构如图2 所示。

图2 系统软件架构

2. 1 交叉编译环境的搭建

由于嵌入式开发板的资源有限， 不能直接在开发板上进行开发和调试， 需要以交叉编译调试的方式进行开发和调试，鉴于嵌入式Linux 强大的网络支持功能， 源代码完全开放、可移植性强、网络功能强大等特点， 选用它作为系统软件平台。在系统开发前需安装Linux 操作系统， 然后在宿主机即PC 机上建立交叉编译环境。安装对应ARM 开发板的交叉编译器cross- 3. 3. 2. tar. bz2. 这样， 一个嵌入式ARM- LINU X 下的交叉编译环境就搭建成功了。

2. 2 视频采集系统的实现

视频采集是通过嵌入式Linux 操作系统调用V4L（ video4linux ） 和影像驱动程序来完成的。

V ideo4linux 是linux 的影像流系统与嵌入式影像系统的基础。它是linux kernel 里支持影像设备的一组API（ 应用接口程序） , 若配合适当的视频采集卡与驱动程序， video4linux 就可以实现影像采集、AM/FM 无线广播、影像CODEC、频道切换等功能。 目前， V4L 主要应用在影像串流系统与嵌入式影像系统里， 如： 远程教学、远程医疗、视频会议、视频监控、可视电话等。它分为2 层式构架， 上层为video4linux驱动程序本身，下层为影像设备的驱动程序， 如该设计中的中星微摄像头Z301 芯片的驱动程序。 在Linux 操作系统中， 外部设备都作为设备文件来管理， 因此， 对外部设备的操作就转变成对设备文件的操作。 采集程序调用V4L API 对设备文件进行读操作，即可实现视频数据采集。

由于开发板自带的Linux 内核并不支持中星微的摄像头，所以要在网上下载Z301 驱动芯片的补丁， 对应ARM- Linux 版本号。 利用patch 命令打在内核上。 在编译内核的时候，会在usb- > support 出现SPCCA5XX 选项，以模块的形式加载， 开机的时候顺序加载Video4linux 和Spca5x x 模块， 加载成功后， 会在设备文件里看到/ dev/ video0 文件， 说明USB 摄像头驱动加载成功， 就可以在终端对摄像头操作进行集视频采集了。

2. 3 视频编码压缩

视频监控系统的要求是要做到实