电梯监控系统中的视频编解码关键技术

作者/ 茅剑^1,2 刘晋明^1,2 张杰敏¹   1.集美大学 计算机工程学院(福建 厦门 361021) 2.国防科学技术大学 电子科学与工程学院(湖南 长沙 410073)

摘要：本文针对电梯运行环境，设计了视频监控和广告播放一体化嵌入式系统，实现了电梯监控、视频播放、网络传输等功能。为降低产品化后的硬件成本和体积，系统基于S5PV210嵌入式芯片开发以单CPU结构实现所有应用功能。为保证系统的运行效率，针对视频的采集、传输和播放，设计实现了硬件编解码技术。实验证明，利用该视频编解码技术，可使系统各功能模块高效并行工作，从而大大降低系统资源占用率，提高产品的市场竞争力。

引言

近年来，我国电梯安全事故频发，暴露出电梯运行维护中存在着诸多问题。如何从技术层面消除电梯运行的安全隐患，保障电梯的正常运行及乘坐人员的人身安全，是相关工程技术人员急需解决的问题。此外，由于电梯通常安装于公共场所，乘客具有相当的流动性，所以电梯也成为一个重要的广告投放媒介。面对传统纸质广告投放更新效率低下的现状，利用信息化技术提高电梯广告的投放效率和效果，也是电梯广告业界的迫切需求。基于上述讨论，本文针对轿厢式电梯设计开发了一套嵌入式电梯远程安全监控及视频广告系统^[1-2]。该系统基于三星公司的S5pv210芯片开发，实现了对电梯运行状态和轿厢进出人员的实时监控，以及针对电梯用户的视频广告播放。

1 系统设计

嵌入式电梯远程安全监控及视频广告系统的整体设计如图1所示。系统分为嵌入式前端模块和PC后端模块两大部分。嵌入式模块部署在电梯轿厢内，PC模块安放在楼宇的主控机房，二者通过IP网络互联，实现双向实时访问。PC模块和嵌入式模块之间基于一对多关系设计，在主控机房的工作人员可以通过PC模块，同时访问控制分布在不同电梯内的多个嵌入式模块。

1.1 嵌入式模块设计

嵌入式模块以S5pv210芯片为核心设计开发，移植Linux嵌入式操作系统内核，通过多种接口和外设通讯，实现对电梯状态的监控、轿厢内监控视频采集处理、广告播放等功能。S5pv210芯片支持多接口连接，并内置多媒体处理内核，可支持摄像头和多种视频格式的硬件编解码^[3]。嵌入式模块各功能简要介绍如下：

1.1.1 视频监控

视频监控子模块通过USB接口外接摄像头实时采集电梯轿厢内视频场景，记录电梯运行和人员进出的视频图像信息^[4]。在该子模块中，设计实现了硬件编码技术，将监控视频以H.264格式进行实时压缩处理，以提高视频的处理、传输和存储效率。视频根据记录时间分割，实时存储到本地SD卡，并依据控制指令，通过IP网络上传至PC服务器。

1.1.2 运行状态监控

状态监控子模块通过RS232和RS485总线连接电梯控制箱，实时采集电梯运行状态数据，并以规定编码格式实时反馈至PC服务器。电梯运行如有异常，控制室内工作人员可立即获取警告信息。

1.1.3 广告播放

广告播放子模块通过HDMI接口外接LCD显示屏，根据客户要求滚动播放广告视频^[5-6]。该子模块选择Mplayer视频播放器，并用设计实现的硬件解码算法更新Mplayer源码，以改善视频播放效率。

1.1.4 网络通信

考虑到电梯内外的施工环境复杂，本系统在嵌入式核心板上集成了有线和无线两种IP网络接口。嵌入式模块可以通过有线和无线两种连接方式和PC模块保持通信。

1.2 PC模块设计

PC模块部署在PC服务器上，提供电梯监控系统相关的Web服务和数据库服务，实现用户可视化交互访问^[7-8]。PC模块通过IP网络和各嵌入式模块保持实时通信，实现对嵌入式模块的远程访问和控制。由于嵌入式模块采用SD卡作为存储设备，存储容量有限，而监控视频需要长期保存，所以大量的视频数据均须在PC服务器上备份存储。视频根据录制时间分割存储，可随时调取查看。

2 视频监控中的硬件编码技术

本文中所设计的嵌入式电梯远程安全监控及视频广告系统是市场化的升级换代产品。相对于前代产品，本系统的优点在于采用了嵌入式单CPU设计，大大降低产品的生产和部署成本。在降低硬件成本的同时，还要保证系统的运行效率，就需要良好的视频编解码性能支持，因此，嵌入式硬件编解码技术成为系统开发的关键。

2.1 H.264视频格式

为了获取更高的图像压缩比，从而提高视频的远程传输效率和本地存储效率，系统采用H.264作为电梯监控视频格式^[9]。实时监控视频输出为CIF格式，分辨率352×288，帧率为25帧/秒，可调节码流。

由于系统要求对目标进行每天24小时不间断监控，并能追溯过去的视频记录，这就对视频的存储时长提出了较高的要求。在嵌入式设备存储容量一定的情况下，提高视频存储的压缩比