基于3G手機的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　隨著3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展以及3G 手機各項功能的增強， 使得利用3G 手機實現(xiàn)隨時隨地的視頻監(jiān)控已成為可能。而嵌入式技術(shù)作為當今IT 業(yè)的熱門技術(shù)， 各種嵌入式芯片如DSP， A RM， SOC 等被廣泛應用于數(shù)碼、安防、交通信號采集、遠程醫(yī)療等領(lǐng)域［ 1］ ， 可以預見未來便攜式多功能的個人醫(yī)療數(shù)字服務(wù)終端會像手機一樣普及［ 2］ ， 用戶可以隨時隨地地將自己重要的生理信息實時、準確、快速地傳送到遠程醫(yī)療中心或家庭護理專家處， 從而得到醫(yī)生的專業(yè)建議和指導， 實現(xiàn)遠程醫(yī)療監(jiān)護的應用。文獻［ 3］ 中的無線監(jiān)控系統(tǒng)也用到ARM9 芯片和WinCE 操作系統(tǒng)， 但對軟件設(shè)計部分論述不清晰， 文獻［ 4］ 論述的基于ARM 的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)只介紹了簡單的硬件結(jié)構(gòu)和程序流程圖， 沒有給出實驗結(jié)果， 文獻［ 5］ 只給出了仿真圖， 文獻［ 6］ 論述的基于3G 的手機遠程監(jiān)控系統(tǒng)也只介紹了簡單的系統(tǒng)框圖和應用實例， 并沒有實驗結(jié)果， 文獻［ 7］ 和文獻［ 8］ 均采用ARM9 內(nèi)核嵌入式芯片， 且采用Linux 操作系統(tǒng)，但是都沒有實驗驗證， 且主要論述的是Linux 內(nèi)核編譯。本文設(shè)計一種基于ARM9 芯片的3G 手機嵌入式視頻采集系統(tǒng)， 該系統(tǒng)與參考文獻［ 3-8］ 所論述的視頻采集系統(tǒng)相比， 具有體積小、能耗低、更新維護方便、開發(fā)難度低等特點。

　　1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的硬件平臺實物如圖1， 鑒于系統(tǒng)的可靠性、可擴展性、可維護性， 本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計原則， 整個系統(tǒng)的視頻采集系統(tǒng)硬件由3 個部分構(gòu)成。

　　圖1 硬件平臺實物

　　1. 1 微系統(tǒng)核心模塊

　　該模塊是由嵌入式微處理器S3C2440A， NANDFALSH 接口電路、SDRAM 接口電路和總線接口電路組成。S3C2440 是三星公司基于ARM920T 內(nèi)核的32 位RISC 微處理器芯片， 為手持設(shè)備及一般類型的應用提供低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。采用了新的總線架構(gòu)AMBA， 其內(nèi)核還實現(xiàn)了MMU， Har vard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。另外其加強的ARM 體系結(jié)構(gòu)MMU 支持WinCE， Linux 和EPOC32等操作系統(tǒng)［ 9］ ， 支持ARM 調(diào)制體系結(jié)構(gòu)， 支持從NAND FLA SH 存儲器啟動。而且， 它還集成了豐富的片上功能， 如LCD 控制器、UART 接口、USB 主從接口、I2C 接口、CAM IF 單元等。

　　SDRAM 雖掉電不能保存數(shù)據(jù)， 但它有非常高的讀寫速度， 故適合主程序的運行。本系統(tǒng)采用2 片32 MB型號為HY57V561620 的芯片級聯(lián)構(gòu)成64 MB 的SDRAM 存儲器， 該芯片的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)是4 Banks×4M×16 b， 共4 個Bank。NAND FLASH 存儲系統(tǒng)采用三星公司的K9F1208U0M 芯片， 存儲容量為64M× 8 b。核心模塊與外設(shè)控制模塊的接口連接由總線接口實現(xiàn)。

　　1. 2 視頻采集模塊

　　該模塊采用Micro2440 開發(fā)板自帶的CMOS 攝像頭接口， 直接使用友善之臂提供的CAM130 攝像頭模塊， 該模塊由一個130 萬像素的CMOS 圖像傳感器OV9650 及其接口電路、電源電路組成。選擇CMOS傳感器是因為它有集成度高、體積小、功耗低、編程方便、易于控制、成本低等優(yōu)點， 并且該類型的傳感器正向低噪聲和高靈敏度等方向發(fā)展， 故CMOS 傳感器是目前低像素圖像采集系統(tǒng)的最佳選擇。接口電路將圖像信號進行A/ D 轉(zhuǎn)換和處理， 傳送到處理器的CAM IF。

　　微系統(tǒng)核心模塊通過I2C 串行總線實現(xiàn)對傳感器的控制。電源電路由電源轉(zhuǎn)換芯片A S1117 為攝像頭提供1. 8 V 和2. 8 V 電壓， 其中2. 8 V 電壓是通過可調(diào)壓芯片分壓得到（ 即為圖2 中的VDD_CAM） 。該模塊的供電電壓為3. 3 V， 與微系統(tǒng)核心模塊的供電電壓是一致的， 無需另外單獨提供。

　　1. 3 外設(shè)控制模塊

　　該模塊由LCD 與觸摸屏接口電路、JTA G 調(diào)試接口電路、U SB 主從口電路、復位電路、電源電路、RS 232串口電路等構(gòu)成。LCD 與觸摸屏接口電路用于顯示應用程序編寫完成后采集的視頻數(shù)據(jù)、接受用戶的外部控制命令等， 起到人機接口的作用。JAT G 調(diào)試接口提供硬件調(diào)試的功能， 它遵循IEEE 11491 標準， 利用邊界掃描技術(shù)， 通過邊界掃描鏈實現(xiàn)對芯片輸入輸出信號的觀察控制。JATG 在本系統(tǒng)中的一個重要功能就是將引導加載程序Boot loader 燒寫進開發(fā)板， 用于進一步的內(nèi)核加載。USB 主口用于外接U 盤、移動硬盤和鼠標等支持U SB 總線接口的設(shè)備， 可以擴展存儲空間。

　　USB 從口則用于向系統(tǒng)燒寫WinCE 內(nèi)核文件以及系統(tǒng)與PC 機之間的通信。復位電路采用既有電源監(jiān)控和數(shù)據(jù)保護又有看門狗作用的專門復位芯片MAX811來保證系統(tǒng)出現(xiàn)異常時能可靠復位。RS 232 用于通過超級終端或DNW 工具查看Bo ot loader 程序啟動的情況以及擴展串口通信功能。該處的電源電路提供5 V（ 為整個系統(tǒng)提供外部電源） 、3. 3 V（ 核心模塊、外設(shè)控制、圖像采集模塊供電） 和1. 3 V（ 核心模塊供電） 。

　　2 圖像傳感器接口電路與工作原理

　　攝像頭使用的是CAM130 模塊， 其中的圖像傳感器為OV9650， 該部分原理圖及接口電路如圖2 所示。

　　圖2 CAM130 模塊原理圖及OV9650 接口電路

　　OV9650 與處理器的接口包括SCCB（ 串行攝像機控制總線） 接口、數(shù)據(jù)輸出接口和控制接口等3 部分。

　　SCCB 接口起到傳遞處理器提供的初始化OV9650內(nèi)部寄存器參數(shù)的作用， 其數(shù)據(jù)線SIOD 和時鐘線SI-OC， 相當于I2C 總線中的SDA 與SCL。也就是說， SC-CB 起到I2C 總線的作用。OV9650 是I2C 總線的從器件， S3C2440 是對應的主器件。I2 C 總線采用串行方式從高位到低位傳輸字節(jié)數(shù)據(jù)， 每個字節(jié)傳輸完后， 主控制器將SDA 置為高電平并釋放， 等待從設(shè)備發(fā)送確認信號。OV9650 內(nèi)嵌了一個10 位A/ D 轉(zhuǎn)換器， 對應有10 個數(shù)據(jù)輸出口D［ 0： 9］ 。輸出圖像數(shù)據(jù)的格式可以為10 位原始RAW， RGB 或經(jīng)過內(nèi)部DSP 轉(zhuǎn)換的8 位RGB/ YCbCr。本系統(tǒng)選擇的微處理器芯片S3C2440的CAM IF 單元支持8 位的YU V/ YCbCr 格式， 故需將OV9650 的數(shù)據(jù)接口D［ 9： 2］ 與CAM IF 的數(shù)據(jù)口CAMDAT A［ 7： 0］ 相連接。OV9650 的XVCLK 用于接收CPU 輸出的24 MHz 的工作時鐘。OV9650 內(nèi)部產(chǎn)生的幀同步信號VSYNC、行同步信號HREF、像素時鐘信號PCLK 等3 個時鐘信號傳入ARM 芯片中， 用于控制圖像采集。每一個VSYN C 脈沖表示一幀圖像數(shù)據(jù)采集的開始， HREF 的高電平則表示采集一行圖像數(shù)據(jù)， 圖像傳感器按從左到右的順序在每個PCLK脈沖過程中依次采集一個字節(jié)的數(shù)據(jù)， 直到一幀圖像數(shù)據(jù)全部采集完成。

　　3 3G圖片傳輸流程

　　圖片傳輸流程圖如圖3 所示， 3G 手機向MINI2440開發(fā)板發(fā)送短信請求發(fā)照片， ARM9 控制中心接收到信息，發(fā)送出文件名與文件大小， TCP 服務(wù)器收到信息接收完圖片并關(guān)閉窗口， 同時向3G 手機回饋圖片已接收完畢的信息， 接著3G 手機向服務(wù)器發(fā)送請求接收照片， T CP 服務(wù)器向3G 手機發(fā)送圖片數(shù)據(jù)， 直到圖片接收完畢， 當接收完畢， 3G 手機向服務(wù)器反饋圖片接收完畢。

　　圖3 3G 圖片傳輸方案

　　有關(guān)Micro2440 開發(fā)板發(fā)送圖片及3G 手機接收圖片的部分程序如下所示：

　　/ / TCP 監(jiān)聽

　　UINT ListenT hread（ vo id * p）

　　{

　　/ / 準備接收請求

　　CGSMW_CameraDlg * pDlg = （ CGSMW_CameraDlg* ） p;

　　SOCKET s= pDlg？？> m_hSo cket;

　　CStr ing strFileName = temp; / / 得到文件名

　　st rcpy（ temp， buffer + i+ 1） ;

　　lo ng lFileSize = ato l（ temp） ; / / 得到文件大??；

　　st rFilePath= “ 123ARM ”+ strFileName; / / 進度條操作，接收并保存文件

　　CFile file（ strFilePath， CFile： ： modeCreate | CFile：