基于ARM的高清视频监控系统的设计

第２０卷　第１８期　电子设计工程　２０１２年９月　Ｖｏ１．２Ｏ　Ｎｏ．１８　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｅｏ．２０１２　基于ＡＲＭ的高清视频监控系统的设计　乔奎贤。牛超　（西安工业大学计算机科学与工程学院，陕西西安７１００３２）　摘要：视频监控以其直观方便、准确、信息内容丰富而广泛应用于许多场合，已经渗透到交通、城市治安、国防等多种　领域，甚至家庭安防，在人们的日常生活中扮演着越来越重要的作用。由于传统的视频监控系统存在着结构复杂、稳　定性可靠性不高、价格昂贵而且传输距离明显受限的缺点。基于ＡＲＭ设计出高清视频监控系统，实践结果证明．该系　统图像清晰，细节明显，用户体验就好．应用的范围较广泛，有一定的实用价值。　关键词：ＡＲＭ；Ｈｉ３５１０；Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；预览与回放　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）１８—０１５１—０４　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＩＩＤ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　ＱＩＡＯ　Ｋｕｉ—ｘｉａｎ，ＮＩＵ　Ｃｈａｏ　（Ｃｏ／／ｅｇｅ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｅ　，Ｘｉ’肌Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎ＆ｅ￣　，Ｘｉ’ａｎ　７１００３２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ａｃｃｕｒａｔｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｒｉｃｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｉｆｅｌｄｓ，ｈａｓ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃｉｔｙ　ｔｒａｆｆｉｃ，ｐｕｂｌｉｃ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｉｆｅｌｄｓ，ａｎｄ　ｅｖｅｎ　ｈｏｍｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｉｎ　ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ　ｄａｊｌｙ　ｌｉｆｅ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｈｔｅ　ｒｔａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｈｉｇｈ，ｃｏｓｉｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｃｌｅａｒｌｙ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＡＲＭ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｌｅａｒ　ｉｍａｇｅ，ｄｅｔａｉｌｓ，ｕｓｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｉｓ　ｇｏｏｄ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｃｏｐｅ　ｉｓ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ，ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；Ｈｉ３５１０；Ｂｏｏｉｌｏａｄｅｒ；ｐｒｅｖｉｅｗ　ａｎｄ　ｒｅｖｉｅｗ　近年来．随着政府主导下的城市信息化建设的纵深发　像的采集和前端处理、压缩等，采用海思的Ｈｉ３５１Ｘ系列芯　展，大型工程项目的、高铁交通、校园监控等热点的应用，视　片。其特点是高集成、可编程，能够支持Ｈ．２６４和ＭＪＰＥＧ等　频监控的需求逐渐增多，视频监控以其直观、方便、信息内容　主流协议：综合信息采集器采用基于ＡＲＭｌｌ框架的　丰富而广泛应用于许多场合。　￥３Ｃ６４１０。只要完成综合信息的采集、处理、传输等功能。　视频监控系统正在向着高清化和网络化的方向发展，视　频监控系统中不仅仅要求良好的帧率保证流畅的通信画面，　２图像采集模块和电源电路分析　还要求图像的质量，这是由于现场图像的采集是视频监控系　２．１图像采集模块　统最为基本的要求，只有保证高清晰度的画面，如实的反映　高清监控系统必须要有高清的视频信号，这是图像采集　现场的图像，才能发挥到平时细节观察以及事后的检查的　模块主要完成的功能，是高清监控系统实现的基础。　作用。　高清的图像效果的保证首先来源于高清图像信息的采　１视频监控系统的总体设计结构　集。如果没有前端模块的高清图像采集．就无法实现后端的　高清效果。感光元器件性能的优劣决定着高清图像的采集，　从图ｌ中可以看出。高清监控系统［１］的硬件系统主要包　而ＣＣＤ和ＣＭＯＳ各有千秋．在高清图像监控中均有应用。　括前端的高清图像采集模块、嵌入式综合信息采集器、终端　ＣＣＤ对场景的适应性更佳，而在高像素方面ＣＭＯＳ有着一定　控制台等，其软件系统主要包括嵌入式综合信息采集器软件　的优势。出于系统成本的考虑使用ＣＭＯＳ感光元器件，实现　系统和控制台监控软件系统等。　高清图像采集。　本系统采用的是模拟监控方案和全数字高清方案结合　由海思推出的Ｈｉ３５１０是视频监控中的首颗ＳｏＣ架构的　的策略，即混合高清的方案，这样不仅仅可以实现高清监控，　Ｈ．２６４编解码硬芯片。它的核心就是ＨＩ２６４的编解码算法以　又兼容了现有的模拟监控系统。芯片的选取方面采用了ＳｏＣ　及硬件实现。目前在视频采集领域海思主要推广的就是　系统芯片结合ＡＲＭ的方案，ＳｏＣ系统芯片主要完成高清图　Ｈｉ３５１Ｘ系列．主要完成分辨率从１２８０ｘ７２０到１　６０ＣＩｘｌ　２００　收稿日期：２０１２－０５—１７　稿件编号：２０１２０５１２７　高清图像．压缩到输出码率在３２　Ｋｂｐｓ￣１６　Ｍｂｐｓ之间。　作者简介：乔奎贤（１９７Ｏ一），男，陕西西安人，硕士，讲师。研究方向：人工智能及嵌入式系统等。　－１５１—　

《电子设计工程）２０１２年第ｌ８期　图１总体设计图　Ｆｉｇ．１　Ｏｖｅｒ　ａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　图像信号的传输是高清图像监控系统采集高清图像后　的一个重要的问题．针对高清图像系统图图像信号的传输要　求就更高．为了实现一路高清图像信号就需要３根同轴线缆　同时进行传输。采用ＩＰ网络来进行高清视频信号的传输，这　样高清视频监控与标清视频监控在传输的成本上才不会出　现明显的差异。这种传输方式，首先就对高清视频压缩编码　的技术提出了较高的要求，此外，只有将高清视频监控系统　的传输基于ＩＰ网络传输，才能有效地控制高清视频的传输　成本。从而让高清视频监控系统真正具有实用意义。　３．１　Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ分析及设计　在嵌入式系统上电之后，需要一小段程序对系统进行一　系列初始化：调整系统时钟、终止ＷＡＴＣＨＤＯＧ、存储控制器　初始化、将更多的代码复制到内存中等；称这段程序为　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。简单地说，Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ￣的功能就是在系统上电开　始执行，对硬件设备进行初始化以及软件环境的准备，最后　就是调用系统内核。　从开发人员和用户的角度来看，将Ｂｏｏｆｌ　ｏａｄｅｒ划分为两　个操作模式：一是启动加载（Ｂｏｏｔｌｏａｄｉｎｇ）模式；上电后，Ｂｏｏｔ　２．２电源电路分析及设计核心板工作电源为３．３　ｖ，ｌ｜０～１．２　Ｖ，１．８　Ｖ，２．５　Ｖ直流，　ｌｏａｄｅｒ从开发板的固态存储设备中将操作系统加载到了　ＲＡＭ中运行，这个过程中不需要用户操作。二是下载　在基本板中，为了得到更高的电源使用效率都采用ＤＣ／ＤＣ提　供电源电压．图２￥３Ｃ６４１０供电电源电路。　（Ｄｏｗｎｌｏａｄ）模式：开发人员可以使用各种操作命令，通过网络　或是串１：３等连接手段从ＰＣ机（Ｈｏｓｔ）下载文件（比如内核、文　件系统的映象）．将它们直接放在内存运行或是烧入固态存　储设备中。　＋５Ｖ　这里用Ｕ—ｂｏｏｔ作为Ｓ３　Ｃ６４１０开发板的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，Ｕ—　Ｂｏｏｔ进行烧写的时候，一种方式是通过仿真器进行烧写．另　一种方式是在Ｕ—Ｂｏｏｔ引导以后．通过ｔｆｔｐ下载最新的ｕ—　ｂｏｏｔ．ｂｉｎ后，使用Ｕ—Ｂｏｏｔ提供的命令进行烧写，像烧写内核　和文件系统一样，只是烧写的位置不同而已，实现对自身更　图２￥３Ｃ６４１０供电电源电路　Ｆｉｇ．２￥３Ｃ６４１０　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｃｉｒｃｕｉｔ　新。使用的命令如下：　ＳＭＤＫ６４１０＃ｔｆｔｐ　５０００８０００　ｕ－ｂｏｏｔ．ｂｉｎ　Ｓ３Ｃ６４ｌ０嘲处理器的工作电压是１．０～１．２　Ｖ．ＭＥＭ　ＤＤＲ的　工作电压是２．５　Ｖ，采用ＬＣＴ３４０６芯片实现这两种电压。芯片　ＳＭＤＫ６４１０＃ｈａｎｄ　ｅｒａｓｅ　０　４００００　ＳＭＤＫ６４１０＃ｎａｎｄ　ｗｒｉｔｅ　５０００８Ｏ００　０　４００００　的最突出的特征就是高效率：高达９６％、非常低的静态电流：　只有２０　Ａ，操作过程中３００　ｍＡ输出电流在　中＝３　Ｖ，输入　３．２应用程序的开发　开发板上Ｌｉｎｕｘ平台的数据处理程序和微型计算机　电压范围为２．５～５．５　Ｖ，１．５　ＭＨｚ恒定频率操作，且无需肖特　基二极管，芯片的输出电压精度，具有优秀线路和电流模式　操作、负载瞬态响应以及过热保护。　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ平台的高清监控系统软件。高清监控系统软件既　有通用性又有专用性，通用性是采用了ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ，专用性是　使用采集模块的ＳＤＫ库开发。　监控台软件的设计基于前端采集模块的ＳＤＫ进行设计　和实现。开发环境是Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ操作系统。ＳＤＫ提供了网络　３系统软件设计　系统的软件设计应当包括两部分：ＢＳＰ的开发与应用程　序的开发，本文分别从这两个方面简单论述。　一通讯库、ＨＰＲ库、ＲＴＳＰ通讯库、软解码库、转封装库、硬解码　库等。设计的总体流程如图３所示。　１５２－　

王斌，等　阵列式振动传感器环境干扰消除方法研究　９　８；；１　ｎｖ　目　期望Ｅ的值就是我们在经过误差修正后振源的最终　位置。　器方法的误报率低，检测率高，实验结果验证了本方法的有　效性。　４实验结果与分析　为了验证本方法的有效性．将此方法与单传感器方法进　行试验对比。外场实验测试工况：试验场地为４０ｘ４０　ｍ警戒　区域，自然土质路面，微风，气温为２Ｏ℃左右，周围无明显干　扰源。在试验场地中分别将传感器放置成阵列式和单一式，　５结束语　文中提出了阵列式振动传感器环境干扰消除方法，首次　提出了区域防范的振动传感器阵列最佳分布模型和振动传　感器阵列消除环境干扰的算法模型，充分利用传感器阵列的　优势，降低了误报率，提高了检测率，实验结果表明了该方法　的有效性。本方法只适用于单振源探测，对于多振源探测有　待于进一步研究。　传感器间隔为２　ｍ。人员以１　ｍ／ｓ的速度在离警戒线２　ｍ处　直线匀速穿过区域。从起点开始，每隔１　ｍ对人员脚步信号　进行检测并使用ＭＡＴＬＡＢ软件对采集到的数据进行处理仿　参考文献：　真。仿真结果如图４所示，方框为警戒区域，直线箭头为人员　【１】冯立杰．基于小孔径正三．角振动阵列目标定位研究［Ｊ］．教　走动方向，虚线箭头为两种方法定位结果。两种方法对人员　育科学博览．２０１１．　走动检测的结果如表１所示。　ＦＥＮＧ　Ｌｉ－ｊｉｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔａｒｇｅｔ　ｌｏｃａｔｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ａｒｒａｙ　ｏｆ　ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ　ｔｉｒａｎｇｌｅ　ｗｉｔｈ　ｓｍａｌ１．ａｐｅ￣ｕｒｅ［Ｊ】．　点　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｘｐｏ，２０１　１．　位点　位点　［２】张殿富，等．移动通信基础［Ｍ】．北京：中国水利水电出版　社．２００５．　［３】陈晓维，李校林．蜂窝网络中基ｆｆ－ＴＤＯＡ￣ＣＨＡＮ￣算法　性能分析［Ｊ］．广东通信技术，２００７（８）：６６－６８，７３．　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ—ｗｅｉ．ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｌｉｎ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｘ　ＣＨＡＮ　ｏｆ　ＴＤＯＡ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　图４定位仿真图　［Ｊ］．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，２００７（８）：６６—　Ｆｉｇ．４　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　６８．７３．　表１人员穿过警戒区域的定位结果　【４】朱亚坤，冯立杰．基于牛顿迭代搜索法的多节点协同振源　Ｔａｂ．１　Ｌｏｃａｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｇｏｉｎｇ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｗａｒｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｆｏｒ　ｐｅｒｓｏｎ　定位研究［Ｊ］．传感技术学报，２０１１（９）：１３２２—１３２５．　传感器阵列定位　ＺＨＵ　Ｙａ—ｋｕｎ．ＦＥＮＧ　Ｌｉ－ｊｉｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｍｏｒｅ　ｎｏｄｅｓ　真实值／ｍ　估计值，ｍ误差值／ｍ振源区域单一传感器传感器阵列　ｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｓｏｕｒｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｎｅｗｔｏｎ　ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　＠，Ｙ）　（ｎ，ｂ）　（ｍ，ｎ）　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，２０１　１　（９）：１３２２—１３２５．　［５】苏扬，郭倩．ＰＨＳ网络中的定位技术与算法研究【Ｊ］．武汉理　工大学学报，２００６（５）：１７—１９．　ＳＵ　Ｙａｎｇ，ＧＵＯ　Ｑｉａｎ．Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ａｌｇｏｉｒｔｈｍｓ　ｉｎ　ＰＨＳ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｓｒｉｔｙ，２００６（５）：　１７－１９．　【６】肖明耀．实验误差估计与数据处理【Ｍ】．北京：科学出版社，　从表１可见，相比于传统单一传感器方法，阵列式传感　１９８４．　（上接第１５４页）　术与信息化，２００５（４）：１８—２２．　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００２，４０（８）：８０—８６・　ＸＵ　Ｌｉ，ＫＯＮＧ　Ｙａｎ．Ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　【５】Ｈｒｅｎ　Ｒ，Ｓｔｒｏｉｎｋ　Ｇ．Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ［Ｊ］．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｖｅｎｔｉｒｃｕｌａｒ　ｅｖｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５（４）：１８－２２．　Ｒｅｖｉｅｗ，２００１，２０（６）：１３６－１４０．　【３】胡杰．基Ｉｆ－ＡＲＭ的嵌入式视频监控终端的研究【Ｄ】．武汉：　［６】Ｂｒａｄｌｅｙ　Ｃ　Ｐ，Ｐｕｌｌａｎ　Ａ　Ｊ，Ｈｕｎｔｅｒ　Ｐ　Ｊ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｐｒｏ－　武汉理工大学．２ｏｏ８．　ｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｉｍｕｌａ。　［４１　ＨＵＡＮＧ　Ｙｕａｎ．ｃａｎ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｈａｎｄｌｅ　ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ　ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｉｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，２０００，３５　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｖｅｘ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　（８）：２５８－２６３．　一１５７－