嵌入式系统调研报告

北京联合大学

嵌入式系统设计与应用

调研报告

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基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统

北京联合大学 XXX

原作者：陈耀武,伍鹏, 汪乐宇

(浙江大学仪器科学与工程学系,浙江杭州310027)

摘要:视频监控系统是日常生产生活中的重要辅助设备,提出并研究设计了基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统.以高性能嵌入式处理器、DSP处理器和嵌入式Linux操作系统为核心进行系统设计.系统通过DSP处理器进行视频信号的MPEG4数据压缩,在嵌入式处理器上采用流媒体技术通过网络传播实时视频流.详细论述了系统设计、硬件设计和软件设计,并给出了实际运行结果.

关键词: 视频监控系统; 流媒体; MPEG4; 嵌入式系统

Stream media technology based network embedded video monitoring system

CHEN Yao-wu, WU Peng, WANG Le-yu

Abstract: The video monitoring system is an important assistant device in our life. A network embedded video monitoring system based on the stream media technology is presented and developed. The system is designed of the embedded processor, the DSP processor and embedded Linux operating system. The video compression part of the system is based on the MPEG4

algorithmia the DSP processor, while multicasting the real time video stream to the network based on the stream media technology via embedded processor. The system design, hardware design, software design, and the practical operating results are discussed in detail.

Key words: video monitoring system; stream media; MPEG4; embedded system

视频监控系统是日常生产生活中的重要辅助设备,应用十分广泛.当前视频监控系统正逐步由模拟化走向数字化.随着视频压缩技术和网络技术的发展,开发新一代的基于计算机网络和多媒体MPEG4压缩算法的视频监控系统已成为整个行业技术发展的主要方向之一[1,2].本文提出并研究设计了一种基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统.该系统采用目前计算机领域最为活跃的嵌入式系统技术,以高性能嵌入式处理器、DSP处理器和嵌入式Linux操作系统为核心对嵌入式视频监控模块进行设计,并采用流媒体技术,通过IP多播技术、RTP/RTCP协议[3]实时传送视频监控流.该系统跟传统的模拟监控系统和基于PC 组合的计算机数字监控系统相比有以下优势:(1)布控区域广泛.嵌入式数字监控系统的服务器和终端设备可直接连入网络,没有线缆长度和信号衰减的限制,同时网络是没有距离概念的,因此彻底抛弃了地域的概念,扩展了布控区域.(2)可组成非常复杂的监控网络.如果采用基于嵌入式流媒体服务器为核心的监控系统,由于流媒体服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩,采用统一的协议在网上传输,支持跨网关,跨路由器的远程视频传输,所以其在组网方式上和基于PC平台的监控方式有极大的不同,能支持更为复杂的监控网络.(3)性能稳定可靠,无需专人管理.嵌入式数字监控系统用嵌入式实时多任务操作系统,视频压缩和流媒体服务功能集中到一个体积很小的设备内,直接连入局域网或广域网,即插即看,系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高.所以,无需专人管理,适合于无人值守的环境.

1 系统的设计原理

1.1 系统总体设计

基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统如图1所示.安装在现场的嵌入式视频监控模块从摄像头获得原始的视频信号,经过硬件压缩成MPEG4视频数据,然后通过流媒体服务器转换成流媒体格式,从以太网接口实时传送到计算机网络上;实时监控客户端连接到计算机网络上,从嵌入式视频监控模块获得MPEG4视频数据,通过流媒体视频播放软件实时地解压MPEG4视频数据并播放,而且该系统支持多客户端同时监控.

1.2 嵌入式视频监控系统硬件设计

嵌入式视频监控系统的硬件主要分为两大部分:DSP视频硬件压缩子模块和嵌入式处理器子模块.DSP视频硬件压缩子模块以美国ANALOGDEVICES公司最新推出的DSP处理器BlackfinBF533[5]为核心,实现硬件的MPEG4视频数据压缩.Blackfin BF533是一款新型的高性能、低功耗的音视频DSP,其片内有Blackfin处理器核,主频高达600 MHz,完全适合MPEG4等复杂音视频的压缩运算;并且片上的增强型动态电源管理模块实现了极低功耗的解决方案,所以该DSP主要面向消费类电子、音视频处理、VoIP等应用领域.在BF533芯片外围扩展了1 Mbyte闪存(Flash),用于存放MPEG4视频压缩算法程序代码和参数变量;扩展32 Mbyte的同步动态数据存储器(SDRAM),用于存放数据和运行程序.嵌入式处理器子模块需要运行嵌入式操作系统和嵌入式流媒体服务器,并扩展本地MPEG4视频数据回放,所以选用了INTEL公司的最新嵌入式处理器XScale PXA261[6]作为整个系统的控制.PXA261是XScale PXA26x新系列中的一款高度集成化的嵌入式处理器,它集成了Intel XScale Mi-croarchitecure处理器核心,16 Mbyte的片内闪存,LCD控制器,USB从端控制器,I2S,SSP,AC97等一系列多媒体处理模块.由于其高度的集成性和低功耗特性,PXA261十分合适多媒体处理、手持设备、PDA等应用领域.在PXA261周围还外扩了32Mbyte的SDRAM用于存放数据和运行程序;外扩了USB主端控制器,这样可以为系统加入多种USB设备;外接LCD控制器可以本地回放视频数据和提供人机交互;外扩的以太网接口可以实现视频网络传输的需要.

图2表明了整个硬件系统的框架结构和数据流程.首先通过摄像头获得原始视频信号,送入视频A/D采样输入Blackfin BF533作MPEG4压缩;然后BF533把压缩得到的MPEG4数据通过高速SPI接口送入XScale嵌入式处理器;运行有嵌入式Linux操作系统的XScale处理器把MPEG4数据转化为流媒体数据格式,通过以太网接口传送到计算机网络.XScale嵌入式处理器通过串口向DSP发送命令.