嵌入式网络智能视频监控系统设计与实现

摘要：提出了一种新型的嵌入式网络智能视频监控系统构架方案，该方案由视频分析单元、视频服务器、一级客户端、二级客户端组成；系统地分析了各个部分的关键技术并给出了具体设计和实现方案。多级客户端的结构可以提供对多个嵌入式智能视频监控器的系统管理，可以实现对多个监控场景的全面、无缝监控。系统基于Davicn TMS320DM6446芯片实现。实验表明，该系统安全可靠，可扩充性强，应用灵活。
关键词：智能视频监控系统；嵌入式系统；网络监控；Davicn TMS320DM6446；智能视频分析

0 引言
视频监控技术经历了3个主要的发展阶段：第1代是以磁带存储为主要特征的本地模拟视频监控系统(VTR时代)；第2代是以ISDN网络为基础、并综合应用数字压缩、时隙交换和数字硬盘录像机的数字视频监控系统(DVR时代)；第3代是基于IP网络的视频监控系统。伴随网络技术数字视频技术和图像技术的飞速发展，视频监控正向智能化的方向发展，即智能视频监控。与非智能化得视频监控相比，智能视觉监控能实现主动监控，采用智能算法对监控到的画面进行智能分析，进而进行相应的动作。
智能视频监控有基于PC机的智能视频监控系统和嵌入式的智能视频监控系统。两者相比，嵌入式的智能视频监控系统具有便携、低功耗、应用领域广泛等优势，随着嵌入式智能视频监控系统的大量应用、批量生产，其成本优势也将得到体现。嵌入式智能监控产品已是监控市场发展趋势。
本文设计并实现了一种基于达芬奇DM6446平台的嵌入式网络智能视频监控系统，提出了一种新型的嵌入式网络智能视频监控系统构架方案，该方案由视频分析单元、视频服务器、一级客户端、二级客户端组成的，文中系统地分析了各个部分的关键技术并给出了具体的设计、实现方案。多级客户端的结构可以提供对多个嵌入式智能视频监控器的系统管理，并可以实现对多个监控场景的全面、无缝监控。本系统基于davicnTMS320DM6446芯片实现，实验表明该系统安全可靠，可扩充性强，应用灵活。

1 系统体系结构
如图1所示，整个系统由视频采集、视频服务、智能视频分析、智能客户端、网络存储、电视墙等组成。视频服务器负责整个系统的控制与协调；智能视频分析单元负责实现视频数据的智能分析；智能客户端作为一级客户端主要是实现流媒体的实时播放，与监控管理相关的各种控制操作，与智能视频分析相关的规则设置、分析软件的更新等；网络存储和电视墙作为二级客户端分别用于视频回放，实时视频监视。

2 软硬件实现
本系统基于TMS320DM6446的实现。TMS320DM6446是TIC6000系列中速度达到4 800 MIPS的双核处理器，集成了高速C64x+DSP处理器和ARM926EJ2S处理器。针对DSP核具有高速的数据处理能力和ARM核优于对外设进行控制的特点，该系统中ARM主要负责内部数据传输控制、外设控制，即ARM作为视频服务器，DSP作为智能视频分析单元。
本系统的软件分为3个部分：视频服务器部分采用monta vista linux嵌入式操作系统；智能视频分析单元运行汇编语言编写的视频分析算法，无单独操作系统，由视频服务器Linux来调度执行；智能客户端在PC上VC++实现，智能客户端和视频服务器间的通信通过Socket实现。

3 功能模块实现方案
3．1 视频采集
系统采用TI公司的视频解码芯片TVP5146实现A／D转换，由DM6446的I2C对其控制，数字信号经过电平转换后送至DM6446的VPFE模块。
3．2 视频服务器
视频服务器由ARM子系统、控制子系统、VPSS、视频自动环出、外围设置及控制电路组成，负责系统的控制与协调，视频处理等。
视频处理模块VPSS(VPEE和VPBE)包括视频的编解码、视频输入输出、视频放大。DM6446中集成了VPSS。视频信号输入到视频处理前端(VPEE)后直接通过EDMA方式送至DDR中指定的空间存储。当VP5146转换完一帧图像，产生EDMA中断信号，并在EDMA中断服务程序中由DSP子系统完成智能视频分析的任务。视频数字信号经处理后通过视频后端(VPBE)放大经网络传出，或者转换成NTSL／PAL制式的电视信号传输到电视墙。
为了保证系统的鲁棒性，本系统设计了视频自动环出功能。在视频服务器或智能视频分析单元出现故障的情况下，视频自动环出能控制视频双通道切换，直接输出前端的复合视频信号。在故障的情况下不影响视频信号的传输，保证信号的连续性，保证系统的鲁棒性。
另外视频服务器中还包含网络接口模块、存储模块、电源管理与复位模块、串口模块等。
3．3 智能视频分析单元
智能视频分析单元负责对视频图像进行编解码、分析，得到对监控场景的理解，智能视频分析系统的性能很大程度上依赖于其中智能视频分析算法的精度和效率，所以算法的合理设计至关重要。目前智能视频分析算法有很多种，但各自有其局限性，为某一应用选择合适的算法，往往从速度、精度还有应用范围等方面做综合权衡。本系统主要针对禁区入侵智能监控的应用，为该应用设计了一套快速实用的智能视频分析算法，其视频分析过程如图2所示。