一种嵌入式网络视频监控系统的硬件设计

图3 Flash存储器接口设计框图

SDRDM存储器选用的是Hynix的HY57V281620ET，它的容量位是16MB(4Banks×2M×16bits)，单片数据宽度是16位，为了增大数据吞吐能力，选取两片SDRAM构成32位地址宽度，存储容量为32MB。HY57V281620ET的工作电压为3．3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口。支持自动刷新(Auto-Refresh)和自刷新(Self-Refresh)。HY57V281620ET与Hi3510的接口连接框图如图4所示。

图4 SDRDM存储器接口设计框图

3、视频采集模块设计

视频采集芯片选用Philips公司生产的SAA7113H，它是一款功能强大且操作简单的9位视频输入处理芯片，采用CMOS工艺，通过I2C总线与处理器或DSP连接可方便地构成应用系统。它内部包含四路模拟处理通道，可以选择视频信号源并可抗混叠滤波，同时还可以进行模数转换、自动箝位、自动增益控制(AGC)、时钟产生(CGC)、多制式解码，另外还可以对亮度、对比度和饱和度进行控制。设置SAA7113H芯片的工作时钟为24．576MHz，数据输出格式为4：2：2，帧频为25fps。视频采集芯片SAA7113H在上电后，并不是立即采集模拟视频信号进行A／D转换，它必须由Hi3510通过I2C总线对其内部寄存器进行初始化设置后，才能正常工作。视频采集芯片SAA7113H与Hi3510的接口连接框图如图5所示。

图5视频采集电路原理框图

4、外围电路模块

本设计用到的外设有USB接口，网卡接口，串行接口和JTAG接口。同时为保证系统将来的可扩展性，系统还预留了PC104接口和大量的GPIO接口。AT91RM9200处理器的片内以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通信。而且片内以太网卡内置了独立的双缓冲的读写DMA 通道，这样大大提供了数据的发送速度，同时不影响AT91RM9200 的正常运行。

为保证视频采集质量，监控系统选用了罗技等高端品牌的产品，然后摄像头通过专用的USB集线器与处理器单元的USB接口连接。在实时监控状态下，各个摄像头上捕获的图像数据通过USB集线器传输到视频监控系统的USB主控制器模块上，然后再由USB主控制器模块交由AT91RM9200处理器集中处理。AT91RM9200对采集到的图像进行实时编码压缩，编码之后的码流直接传输到发送缓冲区中，等候发送。最后由上层应用程序将处理后的视频数据通过以太网口进行发送。

四、软件方案

系统的应用软件建立在Linux操作系统之上，嵌入式Linux具有许多优点，如开放源码，功能强大的内核，支持多用户、多线程、多进程、实时性好、功能强大稳定；大小功能可定制等。本系统采用的嵌入式Linux系统是基于2.6.21的内核，支持了内核抢占式调度，同时调度周期为1ms，因此大大保证了系统的实时性。此外，系统内嵌的嵌入式Linux系统实现了对所有硬件设备的驱动支持，如基于Flash的文件系统、网卡驱动程序、USB驱动程序等等，完全保证了系统的可用性。

在本系统中，软件设计可分为3部分：视频图像数据采集、图像数据的JPEG压缩以及系统平台的网络通信。

1、视频图像数据采集的实现

首先加载USB摄像头驱动程序，接着就是编写一个对视频流采集的应用程序。摄像头中的各种I／O口的控制主要依靠Vide04Linux提供的应用程序接口函数实现，主要有Open、Read、Write等。V4L下的视频采集1。在本系统中，将有关摄像头的各种数据和结构封装成了一个类，主要用到的一些系统调用函数定义如下：

open(“／dev／vide00”，O—RDWR)：设备的打开。

close(fd)：设备的关闭。

mmap(void+addr，size—t len，int prot，int flags，int fd，off__t offset)：

设备缓冲区到内存空间的映射。

munmap(void*addr,size t len)：采集工作结束后取消mmap和mbuf的绑定。

ioctl(int Rl，jnt cmd．．．，)：控制I/O的通道。

2、Linux下图象数据的JPEG压缩

由于视频信息数据量过大，因此必须在视频传输前对图像数据进行压缩处理。在本系统中，摄像头采集过来的图像数据格式为RGB24，通过调用Linux下的Libjpeg库来实现视频数据的编码，把RGB24图像数据转换为JPEG格式。下面简述下整个压缩处理过程：
首先初始化JPEG压缩的图片格式，调用jpeg_set—defauhs(&cmjpeg)，接着初始化JPEG压缩图片质量，通过jpeg_set—ratio(&cmjpeg，ratio，7rURE)实现。

开始压缩：jpeg_start—compress(&cmjpeg，TURE)；for(i--0,line--buf；

i<_height；i++，line+=_width*3)jpeg_write—seanlines(&cmjpeg，&line，1)；

压缩完成：jpeg_finish—eompress(&cmjpeg)；

将压缩得到的数据拷贝到jpeg数据变量中：

memepy(new一>buf 0。((_dst_ptr)cmjpeg．dest)一>buffer,size)；

释放内存并销毁cmjpeg变量：jpeg_destory_compress(&cmjpeg)
jpeg_buff_free(&emjpeg)；

最后返回return size；返回值size标记了缓冲区中视频数据的实际长度。