基于StrongARM的視頻采集與處理系統(tǒng)

1、基于strongarm的視頻采集與處理系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)與傳統(tǒng)模擬監(jiān)控相比，優(yōu)點在于數(shù)字化的視頻系統(tǒng)可以充分利用計算機的迅速處理能力，對其舉行壓縮、分析、存儲和顯示。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)更適合遠距離傳輸。數(shù)字信息抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響，而且能夠舉行加密傳輸，因而可以在數(shù)千公里之外現(xiàn)場實時監(jiān)控。數(shù)字化視頻處理提高了圖像的質量與監(jiān)控效率，系統(tǒng)易于管理和維護。囫圇系統(tǒng)是模塊化結構，體積小，易于安裝、用法和維護。正是因為數(shù)字視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控無法比擬的優(yōu)點，而且符合當前信息社會中數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的進展趨勢，所以數(shù)字視頻監(jiān)控正在逐步取代模擬監(jiān)控，廣泛應用于各行各業(yè)。目前市場上已經投

2、入用法的視頻采集設備多以計算機插卡的形式存在。而本系統(tǒng)的前端視頻采集設備用法intel 公司的處理器芯片strong作為主體芯片，從而可以使其作為自立的單元存在，并且具有體積小、處理能力強且功耗低的特點。該系統(tǒng)為數(shù)字化視頻監(jiān)控提供了解決計劃。本文容易介紹intel 的 strongarm sa-1110微處理芯片，具體介紹視頻數(shù)據(jù)采集與處理端的硬件結構，公司運用該系統(tǒng)可實現(xiàn)網(wǎng)絡實時監(jiān)控系統(tǒng)設計計劃。1 intel strongarm sa-1110微處理器1.1 sa-1110微處理器簡介intel 公司的sa-1110是一款通用risc微處理器。它將16kb的命令cache、8kb的數(shù)據(jù)ca

3、che、一個小型cache、一個寫緩存、一個讀緩存、一個內存管理單元(mmu)集成在一塊芯片中。它與arm v4結構的處理器在軟件上兼容，也可以用法一些支持arm的芯片，如i/o、內存以及視頻設備。sa-1110芯片在pda等手持計算機設備上有著廣大的應用，對于嵌入式操作系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng)，sa-1110是很好的挑選。設計者可以在以sa-1110為平臺的嵌入式操作系統(tǒng)上開發(fā)各種應用程序。1.2 sa-1110微處理器系統(tǒng)sa-1110配置了功能強大的外圍規(guī)律，可以分為幾個模塊，1所示。(1)內存和pcmcia控制模塊(mpcm)支持rom、同步掩膜rom(smrom)、flash、dram、sd

4、ram、sram、sram-like可變延遲i/o以及pcmcia控制信號。(2)系統(tǒng)控制模塊(scm)28個通用i/o端口、實時時鐘、watchdog及內部時鐘、控制器，中斷控制器、重啟控制器、兩個晶振(3.686mhz和32.768khz)。(3)外圍控制模塊(pcm)6通道dma控制器、控制器、16550 uart、串行端口(115kbps、4mbps)、同步串行接口(ucb1100、ucb1200、spi，ti，wire)、通用串行()設備控制器。1.3 sa-1110微處理器i/o管腳sa-1110微處理器i/o管腳2所示。2 基于sa-1110的視頻數(shù)據(jù)采集與壓縮系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)組

5、成本系統(tǒng)由一片a/d芯片(采納philip公司的saa7113)、一片mjpeg壓縮芯片(采納zoran公司的zr36060)、一片高速fifo(采納公司的idt72v271la)、一片規(guī)律控制芯片(xilins公司)及基于strongarm sa-1110上的嵌入式操作系統(tǒng)(采納intel公司的assabet)組成。a/d芯片、mjpeg壓縮芯片以及fifo要完成4路攝像頭的輸入轉換、mjpeg壓縮及數(shù)據(jù)緩存?？刂浦袛喟蠹澳承┢x信號。a/d芯片和mjpeg壓縮芯片的工作均由基于sa-1110的嵌入式操作系統(tǒng)完成。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理框圖3所示。2.2 系統(tǒng)工作流程模擬輸入部分：攝像機將采

6、集到的模擬數(shù)據(jù)發(fā)送到a/d轉換芯片舉行視頻解碼，需要提供a/d轉換芯片所需要的時鐘頻率24.576mhz，a/d轉換芯片將用此頻率來同步mjpeg壓縮芯片。模擬電路部分還包括對攝像機焦距和云臺轉向的控制電路。視頻壓縮部分：mjpeg壓縮芯片將a/d轉換芯片輸入的yuv格式的數(shù)據(jù)舉行mjpeg格式的壓縮。mjpeg由jpeg圖像銜接組成，相比jpeg圖像每幅都有自己的量化表和huffman碼表。mjpeg可以僅用法一張量化表和huffman碼表對延續(xù)幾十幀甚至上百幀圖像舉行壓縮，僅當數(shù)據(jù)發(fā)生走失時才需要重新載入量化表和huffman碼表。這一優(yōu)點大大降低了系統(tǒng)視頻解碼時所需要的開銷。而且，mjp

7、eg可以分幀存儲，這給數(shù)據(jù)的管理和回放來了便利。規(guī)律譯碼電路：規(guī)律譯碼電路需要完成中斷哀求的譯碼以及片選信號的譯碼，并提供降頻的時鐘信號等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理：當嵌入式操作系統(tǒng)啟動時，首先對子系統(tǒng)供電，將視頻采集系統(tǒng)的驅動程序載入設備管理器 device manager ，然后由應用程序調用mdd層的初始化函數(shù)完成如下工作：(1)通過i2c總線讀寫a/d轉換芯片寄存器舉行初始化；(2)通過地址及數(shù)據(jù)總線對mjpeg壓縮芯片舉行初始化處理，裝入壓縮需要的量化表及huffman碼表；(3)初始化規(guī)律譯碼電路。初始化完成后，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)及通道切換都要通過中斷哀求來完成。對于嵌入式操作系統(tǒng)來講，此工作方式是

8、合適的。由于基于sa-1110的嵌入式操作系統(tǒng)速度遠遠高于a/d轉換芯片和mjpeg壓縮芯片的工作速度，中斷哀求及中斷服務不會給系統(tǒng)帶來很大的負荷。系統(tǒng)采納a/d轉換芯片和mjpeg壓縮專用芯片舉行視頻數(shù)據(jù)處理，也就是說對4臺攝像機來講，只能分時地占用這些資源，這就要靠嵌入式操作系統(tǒng)來完成對通道挑選的控制及緩存數(shù)據(jù)的讀取。對a/d轉換芯片來說，每完成一幀圖像的轉換，將輸入切換到另一個攝像頭上，開頭接受下一個攝像頭的模擬數(shù)據(jù)(這一功能由sa-1110對i2c類型的a/d芯片舉行控制而實現(xiàn))。因此它綿綿不斷地傳出輪番時分的4個攝像頭的視頻信息。mjpeg壓縮芯片則僅僅負責將收到的原始數(shù)據(jù)舉行壓縮，

9、并將結果寫入緩存fifo。當子系統(tǒng)正常工作后，囫圇系統(tǒng)是中斷驅動的。有如下兩種中斷：(1)mjpeg芯片對一幅壓縮完成這意味著一路攝像機輸入的圖像已經完成。此時，系統(tǒng)會舉行通道挑選，將a/d芯片的輸入切換到另一臺攝像機上。這樣，下一幀圖像就是另一路攝像機輸入的，從而完成了攝像機對a/d轉換芯片的時分復用。這一操作通過i2c總線完成，通過對a/d芯片內部寄存器的修改，切換a/d模擬輸入的通道。(2)fifo半滿指示這意味著緩存正等待操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)移走，以便新的數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)將通過數(shù)據(jù)總線將fifo中的數(shù)據(jù)讀入指定緩存。至此，視頻數(shù)據(jù)采集過程已經完成。接下來是對數(shù)據(jù)的處理，包括辨別數(shù)據(jù)源(攝像頭)

10、、udp打包處理舉行網(wǎng)絡發(fā)送。這一過程也由嵌入式操作系統(tǒng)完成。遠端的服務器可以通過調用函數(shù)對攝像頭舉行調焦、轉向等控制。這一功能通過信令通道與嵌入式操作系統(tǒng)之間通信來完成。遠端的監(jiān)控服務器將通過lan或wan收到的hdp數(shù)據(jù)舉行處理、解碼、顯示、管理等。(3)本系統(tǒng)在網(wǎng)絡監(jiān)控中的應用基于小型嵌入式操作系統(tǒng)的視頻采集傳輸系統(tǒng)十分適合網(wǎng)絡監(jiān)控的應用。假如數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供遠程拜訪能力，這意味著世界上任何有通信線路的地方，用戶都能夠用法pc機，通過網(wǎng)絡銜接到他們的數(shù)字視頻服務器，從而挑選觀察到所需的視頻圖像。銜接的網(wǎng)絡既可是局域網(wǎng)也可是廣域網(wǎng)，還可以是一個通過電話線的撥號網(wǎng)絡。這樣的監(jiān)控系統(tǒng)框圖4所示。本文介紹的基于strongarm的視頻采集和處理系統(tǒng)，采納mjpeg舉行圖像壓縮編碼，并用法基于sa-