1 引言

　　隨著電子、計算機技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)方向發(fā)展。從硬件形式上看，視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：模擬視頻信號監(jiān)控、PC機加視頻卡的數(shù)字視頻監(jiān)控和基于嵌入式技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控［1］。基于PC機技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)采用在普通PC機中插接視頻采集卡的集成方式，由視頻卡完成圖像采集、數(shù)字化和數(shù)據(jù)壓縮，PC機通過網(wǎng)卡和通信設(shè)備實現(xiàn)互連。這一類系統(tǒng)目前已經(jīng)占據(jù)市場主流。隨著嵌入式芯片技術(shù)和嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展與成熟，基于嵌入式體系結(jié)構(gòu)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于具備體積小、性能穩(wěn)定、安裝方便等優(yōu)越性能，越來越受到人們的關(guān)注［2］。對于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究，國外起步早，已有產(chǎn)品性能較好，但價格昂貴，國內(nèi)用戶一般無法承受。我國是近幾年開始這方面研究的，從已有研究成果來看，其監(jiān)控終端更多的是將成像系統(tǒng)、視頻數(shù)字化系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口集成于一體［3］，而其監(jiān)控的智能化程度還遠沒有得到開發(fā)應(yīng)用。

　　基于當(dāng)前的應(yīng)用背景和技術(shù)支持，本文設(shè)計了一種新型的具有入侵掃描功能的嵌入式智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控終端，此監(jiān)控終端具備視頻采集、視頻檢測功能，帶有以太網(wǎng)接口、TCP/IP協(xié)議棧、WEBServer，可直接與Internet互連，Internet上的授權(quán)用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器就可以根據(jù)IP地址訪問此終端，查看檢測到的目標(biāo)圖像。相比傳統(tǒng)基于PC機+視頻采集卡模式的監(jiān)控終端，本終端體積小，成本低，安裝方便，系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，具備智能檢測運動目標(biāo)功能，可以實現(xiàn)無人職守，非常適合家庭、住宅小區(qū)、銀行、倉庫等單位的安全防范。

　　2 系統(tǒng)組成與工作原理

　　為實現(xiàn)視頻實時檢測以及網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，本監(jiān)控終端采用ARM+DSP的體系框架，系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括以ARMS3C4510B為核心的主控兼網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，以SAA7111為核心的視頻采集模塊，以DSPTMS320C6202為核心的視頻檢測模塊，以CPLDEPM7128為核心的控制模塊，以及電源管理模塊等。系統(tǒng)具備視頻采集、視頻檢測、圖像數(shù)據(jù)的打包、網(wǎng)絡(luò)傳輸、控制等功能。其工作流程是：主控CPU S3C4510B上電初始化，SAA7111初始化，S3C4510B系統(tǒng)自檢、裝載TMS320C6202程序至RAM、啟動DSP，設(shè)定SAA7111初始參數(shù)，攝像機的模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、緩存后，DSP及其外圍電路對其進行運動目標(biāo)檢測，將檢測結(jié)果通過DSP的HPI接口傳遞給S3C4510B，S3C4510B對數(shù)據(jù)打包，建立套接字通訊服務(wù)器，等待連接進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

　　3 硬件設(shè)計

　　3.1 S3C4510B及其外圍電路設(shè)計

　　本終端采用SAMSUNG公司開發(fā)的S3C4510B芯片作為主控制器。S3C4510B是一款高性能ARM體系結(jié)構(gòu)的32位嵌入式微處理器，具有很強的實時多任務(wù)支持能力和擴展能力，以及小體積、低功耗、高性能等系列特點。內(nèi)嵌雙通道緩沖DMA的以太網(wǎng)控制器和極強的外圍擴展能力是本次設(shè)計選擇它的重要原因。S3C4510B以及外圍芯片F(xiàn)lASH、SDRAM存儲器組成了整個系統(tǒng)的核心，負責(zé)控制和協(xié)調(diào)各模塊工作。本設(shè)計對S3C4510B內(nèi)部的SDRAM和ROM進行了擴充，F(xiàn)LASH選用MX29L3211，容量為4MB。外擴SDRAM選用MICRO的MT48LC4M16A2TG，容量為8MB。

　　S3C4510B與TMS320C6202的通信電路設(shè)計采用16位主機接口（HPI）來實現(xiàn)，HPI利用并行總線接口技術(shù)，使主控處理器可以在無需DSP干涉的情況下訪問DSP的內(nèi)部存儲器。在利用HPI實現(xiàn)主控處理器和C6202之間進行數(shù)據(jù)交換時，允許數(shù)據(jù)緩存、實時數(shù)據(jù)登錄和信息處理。本設(shè)計中，主機接口（HPI）主要實現(xiàn)以下兩個功能：第一，在系統(tǒng)啟動時，實現(xiàn)DSP的程序裝載。第二，在S3C4510B和TMS320C6202之間，進行控制信息的傳遞。S3C4510B響應(yīng)DSP的中斷信號，讀取圖像檢測結(jié)果，轉(zhuǎn)交于uClinux操作系統(tǒng)，打包發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。

　　3.2 視頻采集

　　本設(shè)計中所使用的圖像采集設(shè)備是CCD攝像頭，由于CCD攝像頭輸出的信號為模擬信號，系統(tǒng)選用PHILIP公司的SAA7111圖像解碼芯片，以此來完成圖像的數(shù)字化過程，以及對水平和垂直同步等信號的分離。

　　SAA7111有很多種功能供用戶選擇，功能的選定可以通過對寄存器的設(shè)置來完成。本系統(tǒng)的研究對象是基于256級的灰度圖像，輸入信號采用PAL體制，結(jié)合系統(tǒng)處理速度的具體要求，對芯片作如下配置：采用YUV4:2：2的信號格式，只取Y（亮度）信號，分辨率為256×256像素。選用I2C總線信號對SAA7111工作寄存器初始化，然后SAA7111開始實現(xiàn)反混迭濾波、線性相位鎖定、亮色分離、視頻A/D變換等功能，同時產(chǎn)生行同步信號HS、場同步信號VS、奇偶場標(biāo)志信號RTSO、像素時鐘信號LLC2、數(shù)字視頻信號，這些信號從芯片的管腳直接輸出，將模擬視頻信號解碼為標(biāo)準(zhǔn)的YUV格式的數(shù)字視頻信號［4］。在CPLD的控制下，將其存入FIFO幀存儲器中，通過DSP的DMA通道存入SDRAM，以便DSP進行圖像處理。

　　3.3 邏輯控制

　　本系統(tǒng)在實時圖像采集與檢測工作中，有大量邏輯轉(zhuǎn)換和讀寫等邏輯時序運算的問題，如FIFO的HF信號作為啟動DMA中斷的標(biāo)志信號，由SAA7111的CREE、HS、VS譯碼產(chǎn)生控制輸入數(shù)據(jù)緩沖FIFO器件的寫時序，以及由DSP的Cex信號譯碼產(chǎn)生的控制輸入數(shù)據(jù)緩沖FIFO器件的讀時序等。為解決以上邏輯轉(zhuǎn)換和時序產(chǎn)生的問題，系統(tǒng)設(shè)計采用可編程邏輯控制器件CPLD，選用EPM7128SQC100。該器件不僅滿足了相應(yīng)的邏輯時序設(shè)計的要求，而且還提供控制信號，通過編程實現(xiàn)系統(tǒng)各模塊所需要的選通、緩沖、讀/寫使能、數(shù)據(jù)總線和地址總線的切換等。