一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控領(lǐng)域最新的發(fā)展趨勢(shì),嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展并相互結(jié)合的高新技術(shù)產(chǎn)品,嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改變以往的監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),滿足了現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、分布式、實(shí)時(shí)性等,可廣泛應(yīng)用在電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等領(lǐng)域。正是在這一背景下,本文設(shè)計(jì)了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)在32位高性能嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片的硬件平臺(tái)上,采用MPEG-4編碼技術(shù),嵌入式Linux操作系統(tǒng)和流媒體技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用本系統(tǒng)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化視頻監(jiān)控,具有體積小、圖像質(zhì)量穩(wěn)定、遠(yuǎn)距離監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。 本文從視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展歷史和嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀入手,分析了嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),對(duì)通用的嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片進(jìn)行了深入的研究,給出了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和功能規(guī)劃。基于上面的背景和對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行深入調(diào)查取證,研究了目前流行的嵌入式系統(tǒng)和MPEG-4專用視頻壓縮芯片方案,在嵌入式系統(tǒng)方面確定了在AT91RM9200芯片上構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器的解決方案。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，從主體上分為兩部分：服務(wù)器端和客戶端。服務(wù)器端主要包括嵌入式處理器、攝像頭及其他外圍輔助設(shè)備，同時(shí)還包含運(yùn)行在嵌入式平臺(tái)上的采集、壓縮與傳輸程序；客戶端則是普通PC機(jī)，通過(guò)它進(jìn)行圖像接收與回放。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本處理機(jī)理，即前端的視頻監(jiān)控服務(wù)器從現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭捕獲實(shí)時(shí)的視頻信息，壓縮處理后再通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的監(jiān)控終端上。
系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，視頻圖像采集和打包發(fā)送在服務(wù)器端完成，圖像的接收與回放將在客戶端完成。

圖1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，主要包括以下幾個(gè)模塊：主控制器模塊、存儲(chǔ)電路模塊、外圍接口電路模塊、電源和復(fù)位電路，如圖2所示。

圖2、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1、AT91RM9200主控器模塊
主控器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，選用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T 核的32位微控制器。該處理器最高運(yùn)行頻率可達(dá)到200MPS，它的低功耗、精簡(jiǎn)和全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。AT91RM9200提供了豐富的片內(nèi)資源，支持Linux，是本系統(tǒng)的合適選擇。它能完成整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度工作，在系統(tǒng)上電時(shí)配置所有需工作的芯片的功能寄存器，完成視頻流的編碼，并通過(guò)以太網(wǎng)控制器控制物理層芯片發(fā)送視頻碼流。
AT91RM9200微處理器最高主頻為180 MHz，其雙向、32位外部數(shù)據(jù)總線支持8／16／32位數(shù)據(jù)寬度，26位地址總線可以對(duì)最大64 MB空間進(jìn)行尋址。片內(nèi)集成了非常豐富的外圍功能模塊，包括內(nèi)存管理單元(MMU)、內(nèi)部包含16 KB的SRAM和128 KB的ROM，16 KB的數(shù)據(jù)緩存以及16 KB的指令緩存。其外部總線接口控制器(EBI)，支持SDRAM，靜態(tài)存儲(chǔ)器，Burst FLASH以及Compact FLASH。為了提高系統(tǒng)性能還擴(kuò)展了以下外設(shè)；增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器與電源管理控制器(PMC)；系統(tǒng)定時(shí)器(ST)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)；高級(jí)中斷控制器(AIC)；4個(gè)32位PIO控制器；20通道的外設(shè)數(shù)據(jù)控制器(PDC)；10／100兆Base-T型以太網(wǎng)卡接口；4個(gè)通用同步／異步串行收發(fā)器(UASRT)以及JTAG／ICE接口等。