具有远程监控功能的视频服务器设计

系统总体设计

硬件部分以三星公司的ARM9芯片S3C2410和韩国的专用视频芯片AT2042为核心。S3C2410主要实现系统控制功能，例如对AT2042的配置，接收视频流数据并利用USB存储设备进行存储；配置网络接口建立起完善的网络功能，以方便用户通过Internet 对其进行远程访问与控制；同时，挂载U盘或硬盘，预留U口或IDE的接口，可供用户选择，实现本地的海量存储功能。

整个系统软件部分主要分为两部分：服务器端和客户端(C／S模式)。服务器端包括Bootloader的编写，Linux操作系统内核的生成，系统文件的配置以及用户应用软件 (实时视频传输、录像、远程回放、抓拍)；客户端是通过输入IP地址访问指定的服务器，这时客户端会通过网络从服务器端下载并安装预先设计的 ActiveX控件，用户可以通过这个控件实现实时监控、视频回放、图像抓拍等功能。系统总体框图如图1所示。



2 系统硬件设计

硬件系统主要由视频编解码部分、网络传输部分、本地存储部分、其他外设和接口部分组成，如图2所示。包括S3C2410和AT2042、NAND Flash和SDRAM、数／模转换芯片TVP5150和模／数转换芯片SAA7112以及网卡芯片LAN91C11。接口包括USB接口、IDE接口、网卡接口、电源接口等。



2．1 视频编解码部分

视频编解码电路主要包括模／数转换电路和视频压缩／解压芯片AT2042。其中，AT2042主要负责对经模／数转换芯片TVP5150转换来的数字视频数据进行硬件压缩。压缩编码过程中，摄像头采集的模拟视频信号先经过TVP5150进行前端处理，产生符合AT2042视频接口标准的数字视频信号。在 S3C2410的控制下，该数字视频数据由压缩／解压芯片AT2042进行硬件压缩编码，产生的编码数据流通过芯片内部集成的Mux FIFO接口输出。网络视频服务器的解压缩编码是压缩编码的逆过程，需要解压的数据流通过AT2042内部集成的Demux FIFO接口输入，解压缩编码电路基本原理类似于压缩编码，这里不再赘述。视频编码电路框图如图3所示。TVP5150是TI公司生产的一款电视信号解码专用芯片。它对输入的模拟信号进行A／D转换，TVP5105支持NTSC／PAL／SECAM三种制式，实现模拟视频信号转换为数字并行信号ITU-R BT．601或ITU-RBT．656码流格式。由于AT2042视频接口满足ITU．RBT656标准，故TVP5150输出配置为8位的YUV422 格式。



解码芯片TVP5150的AIPIA模拟信号输入口与摄像头的信号输出端相连，并向压缩编码芯片AT2042传送视频信号。由于TVP5150分场同步脉冲和行同步脉冲，分别对应的输出端为VSYNC和HSYNC，AT2042根据与之相连的VSYNCIN和HSYNCIN信号线来实现图像的场同步和行同步操作；AT2042的视频信号输入数据线VIN[7：0]与TVP5150的输出端YOUT[7：0]相连。AT2042将接收到的数据流传送到压缩编码单元，压缩编码后的视频数据存储到外部SDRAM中，同时通过片内的SDRAM控制器来实现对SDRAM的访问，并将数据流通过HPI总线发送到 S3C2410以便通过网络传输到PC监控端，用于实现远程的实时监控。

2．2 网络传输部分

主控制芯片S3C2410通过地址、数据、控制线以及片选信号线对网络芯片LAN91C11进行控制和通信。主芯片发送信号时首先置发送使能信号，数据发送信号端TXD0～TXD1与 LAN91C11的TXD0～TXD1引脚连接，作为数据的发送通道以S3C2410的时钟信号TCK发送数据。数据接收端RXD0～RXD1与 LAN91C11的RXD0～RXD1引脚对应连接，为数据接收通道。

LAN91C11由S3C2410选通信号线AEN来选通，通过对 LAN91C11一系列寄存器的设置，可以实现视频流的网络传输。LAN91C11的INTRQ0端用来产生中断信号。以太网控制芯片通过DMA通道进行数据的传输。首先设置好传输控制和传输地址寄存器的参数，依次从指定的数据存储区域读取数据，送入内部发送缓冲器中，用MAC对数据进行封装发送，并同时记录已发送完的字节数，等到整个数据块发送完毕。一组数据发送完后请求DMA中断，由S3C2410进行处理。网络接口框图如图4所示。



2．3 本地存储部分

存储接口选用S3C2410自身的LJSB接口功能，该接口可以实现USB1．1协议。随着大容量、小体积U盘的问世，更多的用户都选择使用该存储介质。

当今的USB技术使得各种能够自行识别的外部设备与设备终端连接，并自行装载驱动程序以运行新的装置。而一般即插即用装置，需要有电源的USB接口进行数据传输并提供电源。当发生短路或连接了受损设备时，如受损的电缆或连接头插入USB接口时，必须对USB集线器及主机装置提供有效保护。USB接口的设计电路如图5所示。



2．4 其他外设和控制接口

其他外设包括Flash、SDRAM、以太网接口、串行通信接口RS232。其中，Flash用于存储操作系统内核和系统软件，待系统上电后加载到内存中；以太网接口将压缩编码后的音视频数据传输到网络；RS232接口主要用于基于控制台的配置和管理。另外，在调试过程中，RS232和以太网接口用于连接宿主机和目标系统平台，方便了网络视频服务器系统的开发和调试。