專利名稱：基于arm的cdma1x無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于AT91RM9200和CDMA1X公用無線網(wǎng)絡(luò)進行高質(zhì)量實時視頻監(jiān)控的無 線視頻監(jiān)控終端的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)，屬移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)、軍事、民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，為這些領(lǐng)域的安全防范和 監(jiān)控起到了巨大的作用。由于監(jiān)控領(lǐng)域的擴大，為滿足遠距離實時視頻監(jiān)控的需求，遠程視 頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運而生。然而在如今的視頻監(jiān)控產(chǎn)品中，多數(shù)是基于有線網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控，因 為在當今無線環(huán)境中，傳輸速度與實時視頻質(zhì)量之間是一個難以平衡的瓶頸問題。目前為數(shù) 不多的無線視頻監(jiān)控產(chǎn)品中，多數(shù)為在DSP寫入視頻處理程序并加以執(zhí)行，即其視頻壓縮通 過軟件實現(xiàn)，這種方式處理速度有限。還有其它采用在ARM內(nèi)部實現(xiàn)簡易的壓縮算法經(jīng)行壓 縮傳輸，這樣處理后往往會導致圖像質(zhì)量和實時性難以滿足應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有無線視頻監(jiān)控技術(shù)采用軟件實現(xiàn)其視頻壓縮存在的處理速度慢、圖像質(zhì) 量和實時性難以滿足等問題，提供一種基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)，該 系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試、安裝以及未來功能擴展升級。
本發(fā)明的基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案 該系統(tǒng)包括電源、視頻采集模塊、視頻壓縮模塊、無線傳輸模塊和中央控制模塊，各個 模塊均與電源連接；視頻采集模塊分別與視頻壓縮模塊和中央控制模塊連接，視頻采集模塊 進行視頻采集，將模擬視頻數(shù)據(jù)進行模/數(shù)變換后變?yōu)榉螴TU-656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并 輸出至視頻壓縮模塊，中央控制模塊控制視頻采集模塊的動作；視頻壓縮模塊與中央控制模 塊連接，視頻壓縮模塊負責對采集到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行壓縮，將壓縮后的視頻碼流發(fā)送給 中央控制模塊，中央控制模塊接收視頻壓縮模塊的中斷信號，讀取視頻壓縮模塊中的壓縮數(shù) 據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至無線傳輸模塊；無線傳輸模塊與中央控制模塊連接，中央控制模塊控制 無線傳輸模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)中的指令，根據(jù)指令作出動 作響應(yīng)。
視頻采集模塊包括視頻采集芯片、云臺、云臺解碼器和攝像頭，攝像頭安裝在云臺上， 云臺上安裝有云臺解碼器，云臺解碼器與中央控制模塊連接；視頻采集芯片采用Philips SAA7113，攝像頭采用變倍鏡頭或者變倍攝像機(一體機)，可以實現(xiàn)焦距、光圈、遠近的調(diào) 節(jié)進而實現(xiàn)監(jiān)控畫面的變化；用云臺來實現(xiàn)鏡頭的上下、左右、自動等機械運動，進而實現(xiàn) 監(jiān)控場景的變化。云臺的控制是通過中央控制模塊發(fā)送控制碼至云臺解碼器，由云臺解碼器 作出電流動作驅(qū)動云臺運動來完成，控制碼字由云臺解碼器的型號決定。
本發(fā)明通過硬件實現(xiàn)壓縮，利用工業(yè)級處理芯片經(jīng)行控制，使其處理速度得到很大的提 升，利用無線發(fā)送模塊通過CDMA1X網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。CDMA1X是目前移動通信體制 中較為成熟、完善并廣泛應(yīng)用的一種基于碼分多址技術(shù)的系統(tǒng)。ARM處理器是目前嵌入式系 統(tǒng)中普遍采用的處理器，具有體積小、成本低、性能高、內(nèi)嵌資源豐富等特點。本發(fā)明涉及視頻壓縮、嵌入式開發(fā)和無線通信三個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，以CDMA1X網(wǎng)絡(luò)和Internet作為通信 載體，以ARM處理器作為基本硬件平臺，實現(xiàn)了在異地對偏遠無人地區(qū)、難以布線地區(qū)進行 遠程監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境框圖。 圖2是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
其中1、本發(fā)明的硬件系統(tǒng)(即基于ARM和CDMA1X的無線視頻監(jiān)控終端)，2、 CDMA IX 網(wǎng)絡(luò)(即聯(lián)通移動通信網(wǎng)絡(luò))，3、聯(lián)通基站，4、 Internet公共網(wǎng)，5、監(jiān)控后臺，6、中央 控制芯片，7、視頻壓縮芯片，8、無線傳輸模塊，9、云臺和攝像頭的一體機，10、視頻采集 芯片，11、 HPI控制管理邏輯電路，12、 Go7007sb的SDRAM芯片，13、紅外觸發(fā)器，14和 15 、標準RS232接口， 16、地址數(shù)據(jù)總線緩沖電路，17、電源。
具體實施例方式
本發(fā)明的基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)包括電源部分、視頻采集模塊、 視頻壓縮模塊、中央控制模塊和無線傳輸模塊五部分，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
電源17采用5V 3A直流電源供電，對涉及到的各芯片供電，分別采用LM1086-1. 8產(chǎn)生 1.8V直流電源；LM-1085-3. 3產(chǎn)生3. 3V直流電源；LM-1085/ADJ產(chǎn)生3. 8V直流電源。對于 系統(tǒng)中的模擬電源，均采用數(shù)字電源經(jīng)過100nH的磁珠再經(jīng)濾波電容產(chǎn)生。
視頻采集模塊包括視頻采集芯片10、云臺、云臺解碼器和攝像頭，云臺和攝像頭采用一 體機9，攝像頭安裝在云臺上，云臺上安裝有云臺解碼器，云臺解碼器與中央控制模塊連接。 視頻采集芯片10采用Philips SAA7113，攝像頭采用變倍鏡頭或者變倍攝像機，可以實現(xiàn)焦 距、光圈、遠近的調(diào)節(jié)進而實現(xiàn)監(jiān)控畫面的變化；用云臺來實現(xiàn)鏡頭的上下、左右、自動等 機械運動，進而實現(xiàn)監(jiān)控場景的變化。云臺的控制通過中央控制芯片6發(fā)送控制碼至云臺解 碼器，由云臺解碼器作出電流動作驅(qū)動云臺運動來完成，控制碼字由云臺解碼器的型號決定。 云臺和攝像頭一體機9上的云臺解碼器與中央控制芯片6 (AT91RM9200)通過標準RS232接 口 14連接。
視頻采集芯片10 (Philips SAA7113)進行視頻采集，將從攝像頭進來的模擬視頻數(shù)據(jù) 進行模/數(shù)變換后變?yōu)榉螴TU-656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以8位輸出至視頻壓縮芯片7 (WisGo7007sb)。中央控制芯片6 (AT91RM9200)通過標準RS232接口 15收到無線傳輸模塊 8傳輸?shù)闹噶?，進行指令解析。指令為云臺解碼器的控制碼，AT91RM9200解析指令，通過標 準RS232接口 14發(fā)出控制云臺動作。指令為視頻采集指令，中央控制芯片6 (AT91RM9200) 解析指令。
視頻壓縮模塊采用的視頻壓縮芯片7為Wis G07007sb芯片，該Wis G07007sb芯片與SDRAM 芯片12 (MT48LC2M32B2)連接，并與視頻采集芯片10連接，同時通過HPI控制管理邏輯電 路11與中央控制芯片6連接。該模塊發(fā)出HPI的中斷信號，通過HPI總線的數(shù)據(jù)/地址復用 來實現(xiàn)與中央控制模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。Wis G07007sb芯片是一款采用多種高精度壓縮算法、 支持多格式的視頻編碼芯片，能輸出MPEG-4/2/1、 H.263、 MJPEG等數(shù)據(jù)流格式。此芯片可以 使開發(fā)者將高分辨率的視頻流以較低的碼率傳輸?shù)礁鞣N通信網(wǎng)中。本發(fā)明采用的是MPEG-4壓 縮算法。該模塊負責對采集到的圖像數(shù)據(jù)(ITU 656格式的數(shù)字信號)進行壓縮，將壓縮后的視頻碼流發(fā)送給中央控制芯片6 (AT91RM9200)，然后傳輸給無線視頻模塊，經(jīng)由無線視頻 模塊發(fā)送至CDMA1X網(wǎng)絡(luò)2。
視頻壓縮芯片7 (WisGo7007sb)通過HPI控制管理邏輯電路11接收中央控制芯片6 (AT91RM9200)發(fā)出的指令，接收視頻采集芯片10 (Philips SAA7113)的數(shù)據(jù)進行MPEG-4 算法壓縮，壓縮數(shù)據(jù)存入SDRAM芯片12 (MT48LC2M32B2)。存儲數(shù)據(jù)量達到SDRAM容量時， 視頻壓縮芯片7 (WisGo7007sb)發(fā)出HPI中斷信號至中央控制芯片6 (AT91RM9200)。
中央控制模塊包括中央控制芯片6、地址數(shù)據(jù)總線緩沖電路16和HPI控制管理邏輯電路 11。中央控制芯片6采用先進的工業(yè)級ARM9芯片AT91RM9200。該芯片是Atmel公司基于 ARM920T核的高性能、低功耗16/32位RISC(精簡指令集計算機)微處理器，內(nèi)部集成豐富的 外設(shè)資源，適用于要求外設(shè)資源豐富、功耗低、工作嚴格穩(wěn)定的工業(yè)控制等方面，如嵌入式 工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、移動計算等。AT91RM9200芯片內(nèi)集成了非常豐富的外圍功 能模塊，包括全功能醒U虛擬內(nèi)存管理單元、內(nèi)部16 kBSRAM和128 kB R0M、 EBI接口控制 器、增強的時鐘和PMC(電源管理控制器)，帶有2個PLL(鎖相壞)的片內(nèi)振蕩器、4個可編程 的外部時鐘信號，包括定時中斷、看門狗、秒計數(shù)器的系統(tǒng)定時器，帶報警中斷的實時時鐘， 帶有8級優(yōu)先級、可單個屏蔽中斷源的AIC(先進中斷控制器)，7個外部中斷源和1個快速中 斷源，4個32位的I0控制器，20通道外圍數(shù)據(jù)控制器(PDC或DMA)， 1個10M/100M的以 太網(wǎng)控制器，1個USB2.0主機接口， 1個USB2.0設(shè)備接口， 2個多媒體卡接口， 3個SSC(同 步串行口控制器)(兼容IIS)， 4個UASRT(通用同步/異步串行口)， l個主/從SPI(串行設(shè) 備接口)， 1個兩線串行接口 TWI(主模式)，JTAG/ICE接口等。中央控制芯片6還與一紅外 觸發(fā)器13連接。
中央控制芯片6 (AT91RM9200)通過標準RS232接口 15與無線傳輸模塊8進行數(shù)據(jù)通信， 控制無線傳輸模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送。通過標準RS232接口 14連接視頻采集模塊中的云臺解碼器， 控制云臺動作。接收紅外觸發(fā)器8發(fā)出的中斷信號，配置視頻采集和壓縮模塊，進行視頻的 采集和壓縮。通過地址數(shù)據(jù)總線緩沖電路16和HPI控制管理邏輯電路11與視頻壓縮模塊連 接，接收視頻壓縮模塊的中斷信號，讀取視頻壓縮模塊中SDRAM中的16位視頻壓縮數(shù)據(jù)，并 將數(shù)據(jù)傳輸至無線傳輸模塊。接收無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)中的指令，根據(jù)指令作出 動作響應(yīng)。
無線傳輸模塊8采用中興公司的MG 815+，通過標準RS232接口 15與中央控制模塊進行 數(shù)據(jù)交互，接收中央控制芯片6 (AT91RM9200)要發(fā)送的數(shù)據(jù)并發(fā)送至CDMA基站，通過天線 接收基站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過標準RS232接口發(fā)送至中央控制芯片6 (AT91RM9200)。 MG815+ 是基于高通公司的6025平臺的工業(yè)級CDMA模塊，支持語音、數(shù)據(jù)、短信等功能。具有高通 信質(zhì)量、高效頻譜利用率、高抗干擾、高保密性、低輻射等特點，并向用戶提供標準AT指令 接口。因此通過ARM處理器的串口與MG 815+模塊連接，并直接使用AT指令可以方便的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的傳輸以及模塊的設(shè)置。在本發(fā)明中僅使用了其數(shù)據(jù)傳輸功能，未使用其語音通話功能。
圖1給出了本發(fā)明的硬件系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境框圖，以下結(jié)合圖1詳細說明本發(fā)明的工作過
程
本發(fā)明的硬件系統(tǒng)(無線視頻監(jiān)控終端)1的啟動采用主動和被動兩種方式主動方式
為中央控制芯片6 (AT91RM9200)發(fā)出控制信號啟動監(jiān)控終端；被動方式為紅外觸發(fā)方式當遠端的紅外觸發(fā)器13被觸發(fā)后，紅外觸發(fā)器13及時響應(yīng)，發(fā)送觸發(fā)信號(2秒的低電平 信號)至AT91RM9200中斷管腳，AT91RM9200作出響應(yīng)啟動視頻監(jiān)控功能。攝像頭開始工作 后，采集模擬視頻信號，經(jīng)視頻采集芯片Philips SAA7113經(jīng)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)榉螴TU-656 格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，傳送至G07007SB的輸入端，完成視頻的采集功能，并傳輸給視頻壓縮 模塊。
當本發(fā)明的硬件系統(tǒng)1中的中央控制模塊有外部報警觸發(fā)(收到紅外觸發(fā)器13產(chǎn)生的觸 發(fā)信號)或者檢測到監(jiān)控后臺5的開始監(jiān)控指令以后，中央控制模塊執(zhí)行程序，通過HPI控 制管理邏輯電路11配置視頻壓縮芯片7 (WisGo7007sb)和視頻采集芯片10 (Philips SAA7113)，啟動視頻壓縮模塊，開始監(jiān)控。視頻采集模塊采集視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，生 產(chǎn)標準的ITU-656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)；數(shù)字視頻數(shù)據(jù)傳遞給視頻壓縮模塊，中央控制模塊 啟動視頻壓縮模塊工作，視頻壓縮模塊將視頻采集模塊傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)行壓縮、打包，送至匹 配的SDRAM中，當SDRAM中存儲數(shù)據(jù)達到其容量后，發(fā)出HPI中斷信號至中央處理模塊，中 央處理模塊通過HPI總線的數(shù)據(jù)/地址復用讀取SDRAM中的數(shù)據(jù)。讀取后，中央處理模塊將數(shù) 據(jù)傳送至無線傳輸模塊8，無線傳輸模塊8將其發(fā)送至連接聯(lián)通CDMA IX網(wǎng)絡(luò)2和Internet 公共網(wǎng)4的聯(lián)通基站3。經(jīng)過路由選擇，聯(lián)通基站3將數(shù)據(jù)傳送至Internet公共網(wǎng)4相應(yīng)IP 地址的后臺監(jiān)控中心上，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收和視頻解析，并根據(jù)用戶需求進行操作，繼而 傳送到相應(yīng)的用戶終端上。中央處理器亦可接收無線傳輸模塊8傳送的指令，當檢測到監(jiān)控 中心服務(wù)器控制指令后，則執(zhí)行相應(yīng)的控制功能，包括停止監(jiān)控指令、云臺控制指令、更改 壓縮參數(shù)指令等。
具體的軟件部分主要包括主控程序、壓縮芯片驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)幀維護程序、發(fā)送程序以 及無線鏈路建立和維護程序。主控程序完成對Wis G07007SB、 MG 815+等芯片或模塊的初始 化，并負責各部分的協(xié)調(diào)工作、正常運行。無線鏈路建立和維護程序在程序運行時建立P卯 無線鏈路并在程序運行過程中對其進行檢測和維護，以保證無線鏈路的暢通。Wis G07007SB 的驅(qū)動程序向操作系統(tǒng)的用戶層提供了對WisG07007SB各種操作命令的接口，包括幀率調(diào)整， 取出數(shù)據(jù)等操作。數(shù)據(jù)幀維護程序通過Wis G07007SB的驅(qū)動程序接收并維護Wis G07007SB 產(chǎn)生的視頻壓縮數(shù)據(jù)，按照MPEG4格式進行幀重組并按幀存儲在對應(yīng)的幀緩沖區(qū)內(nèi)。發(fā)送程 序?qū)彌_區(qū)內(nèi)完整的數(shù)據(jù)幀進行網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議的封裝，經(jīng)由PPP鏈路通過空口發(fā)送到聯(lián)通 基站3。
權(quán)利要求
1. 一種基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)，包括電源、視頻采集模塊、視頻壓縮模塊、無線傳輸模塊和中央控制模塊，各個模塊均與電源連接；其特征是視頻采集模塊分別與視頻壓縮模塊和中央控制模塊連接，視頻采集模塊進行視頻采集，將模擬視頻數(shù)據(jù)進行模/數(shù)變換后變?yōu)榉螴TU-656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并輸出至視頻壓縮模塊，中央控制模塊控制視頻采集模塊的動作；視頻壓縮模塊與中央控制模塊連接，視頻壓縮模塊負責對采集到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行壓縮，將壓縮后的視頻碼流發(fā)送給中央控制模塊，中央控制模塊接收視頻壓縮模塊的中斷信號，讀取視頻壓縮模塊中的壓縮數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至無線傳輸模塊；無線傳輸模塊與中央控制模塊連接，中央控制模塊控制無線傳輸模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)中的指令，根據(jù)指令作出動作響應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是視頻 采集模塊包括視頻采集芯片、云臺、云臺解碼器和攝像頭，攝像頭安裝在云臺上，云臺受云 臺解碼器的控制，云臺解碼器與中央控制模塊連接，接收中央控制模塊發(fā)出的控制指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ARM的CDMA1X無線視頻監(jiān)控的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)。該硬件實現(xiàn)系統(tǒng)包括電源、視頻采集模塊、視頻壓縮模塊、無線傳輸模塊和中央控制模塊，各個模塊均與電源連接；視頻采集模塊分別與視頻壓縮模塊和中央控制模塊連接；視頻壓縮模塊與中央控制模塊連接；無線傳輸模塊與中央控制模塊連接，中央控制模塊控制無線傳輸模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)中的指令，根據(jù)指令作出動作響應(yīng)。本發(fā)明涉及視頻壓縮、嵌入式開發(fā)和無線通信三個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，以CDMA1X網(wǎng)絡(luò)和Internet作為通信載體，以ARM處理器作為基本硬件平臺，實現(xiàn)了在異地對偏遠無人地區(qū)、難以布線地區(qū)進行遠程監(jiān)控。
文檔編號H04L29/06GK101510996SQ200910014498
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者種衍林, 管章玉, 全 苗, 袁東風, 愷 趙, 飛 陳, 斌 魏 申請人:山東大學