嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

0 引言

視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了3 個主要的發(fā)展階段：第1代是以磁帶存儲為主要特征的本地模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（VTR 時代）；第2代是以ISDN 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、并綜合應(yīng)用數(shù)字壓縮、時隙交換和數(shù)字硬盤錄像機的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR時代）；第3代是基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字視頻技術(shù)和圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控正向智能化的方向發(fā)展，即智能視頻監(jiān)控。與非智能化得視頻監(jiān)控相比，智能視覺監(jiān)控能實現(xiàn)主動監(jiān)控，采用智能算法對監(jiān)控到的畫面進行智能分析，進而進行相應(yīng)的動作。

智能視頻監(jiān)控有基于PC 機的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。兩者相比，嵌入式的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有便攜、低功耗、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)勢，隨著嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大量應(yīng)用、批量生產(chǎn)，其成本優(yōu)勢也將得到體現(xiàn)。嵌入式智能監(jiān)控產(chǎn)品已是監(jiān)控市場發(fā)展趨勢。

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于達芬奇DM6446[5-6]平臺的嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種新型的嵌入式網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架方案，該方案由視頻分析單元、視頻服務(wù)器、一級客戶端、二級客戶端組成的，文中系統(tǒng)地分析了各個部分的關(guān)鍵技術(shù)并給出了具體的設(shè)計、實現(xiàn)方案。多級客戶端的結(jié)構(gòu)可以提供對多個嵌入式智能視頻監(jiān)控器的系統(tǒng)管理，并可以實現(xiàn)對多個監(jiān)控場景的全面、無縫監(jiān)控。本系統(tǒng)基于davicnTMS320DM6446芯片實現(xiàn)，實驗表明該系統(tǒng)安全可靠，可擴充性強，應(yīng)用靈活。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整個系統(tǒng)由視頻采集、視頻服務(wù)、智能視頻分析、智能客戶端、網(wǎng)絡(luò)存儲、電視墻等組成。視頻服務(wù)器負責整個系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)；智能視頻分析單元負責實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的智能分析；智能客戶端作為一級客戶端主要是實現(xiàn)流媒體的實時播放，與監(jiān)控管理相關(guān)的各種控制操作，與智能視頻分析相關(guān)的規(guī)則設(shè)置、分析軟件的更新等；網(wǎng)絡(luò)存儲和電視墻作為二級客戶端分別用于視頻回放，實時視頻監(jiān)視。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2 軟硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)基于TMS320DM6446的實現(xiàn)。TMS320-DM6446是TI C6000系列中速度達到4 800MIPS的雙核處理器，集成了高速C64x + DSP 處理器和ARM926EJ2S處理器。針對DSP核具有高速的數(shù)據(jù)處理能力和ARM 核優(yōu)于對外設(shè)進行控制的特點，該系統(tǒng)中ARM 主要負責內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸控制、外設(shè)控制，即ARM 作為視頻服務(wù)器，DSP作為智能視頻分析單元。

本系統(tǒng)的軟件分為3個部分：視頻服務(wù)器部分采用monta vista linux嵌入式操作系統(tǒng)；智能視頻分析單元運行匯編語言編寫的視頻分析算法，無單獨操作系統(tǒng)，由視頻服務(wù)器Linux來調(diào)度執(zhí)行；智能客戶端在PC上VC++ 實現(xiàn)，智能客戶端和視頻服務(wù)器間的通信通過Socket實現(xiàn)。

3 功能模塊實現(xiàn)方案

3.1 視頻采集

系統(tǒng)采用TI公司的視頻解碼芯片TVP5146[7]實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，由DM6446的I2C對其控制，數(shù)字信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送至DM6446的VPFE模塊。

3.2 視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器由ARM 子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、VPSS、視頻自動環(huán)出、外圍設(shè)置及控制電路組成，負責系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)，視頻處理等。

視頻處理模塊VPSS（VPEE和VPBE）包括視頻的編解碼、視頻輸入輸出、視頻放大。DM6446中集成了VPSS.視頻信號輸入到視頻處理前端（VPEE）后直接通過EDMA 方式送至DDR 中指定的空間存儲。當VP5146轉(zhuǎn)換完一幀圖像，產(chǎn)生EDMA中斷信號，并在EDMA 中斷服務(wù)程序中由DSP子系統(tǒng)完成智能視頻分析的任務(wù)。視頻數(shù)字信號經(jīng)處理后通過視頻后端（VPBE）放大經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳出，或者轉(zhuǎn)換成NTSL/PAL制式的電視信號傳輸?shù)诫娨晧Α?/P>

為了保證系統(tǒng)的魯棒性，本系統(tǒng)設(shè)計了視頻自動環(huán)出功能。在視頻服務(wù)器或智能視頻分析單元出現(xiàn)故障的情況下，視頻自動環(huán)出能控制視頻雙通道切換，直接輸出前端的復(fù)合視頻信號。在故障的情況下不影響視頻信號的傳輸，保證信號的連續(xù)性，保證系統(tǒng)的魯棒性。