【正文】 系 統(tǒng)由圖像傳感器、嵌入式處理器、圖像處理器、網(wǎng)絡(luò)接口組成，通過壓縮優(yōu)化算法和背景差分算法 可以使攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的圖像壓縮、傳輸，并能跟蹤目標(biāo)，該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性的提高；在 嵌入式操作系統(tǒng)方面，一般集中于嵌入式操作系統(tǒng)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，例如在嵌入式 Linux下對視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的研究等；在對視頻圖像網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难芯恐?，例如?IP組播方式 下的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸 方案，可以大大的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高視頻的播放效率或者采用流媒體的格式傳 送視頻圖像數(shù)據(jù)，可以更好的實(shí)現(xiàn)視頻的傳輸及播放等；在視頻監(jiān)控領(lǐng)域關(guān)于視頻圖像處理的研究 一般是通過一定的圖形分析算法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別，目標(biāo)跟蹤，以及報(bào)警等功能。 無論是單獨(dú)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)組成的解決方案，還是由模擬攝像機(jī)加視頻服務(wù)器組成的解決方案， 或者是兩者混合組成的解決方案， IP監(jiān)控都已被證明是一種極具吸引力的解決方案。在模擬攝像機(jī)銷量如日中天的背景下， 是逐漸浮出水面并且飛速發(fā)展的新一代產(chǎn)品 … 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。IP監(jiān)控解決方案就是通過有線或者無線 IP網(wǎng)絡(luò)把視頻信息以數(shù)字化的形式來進(jìn)行傳輸。過去的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多數(shù)以模擬圖象信息為主，由于對圖象 的處理和傳送均采用模擬 技術(shù)，不僅圖象質(zhì)量低，而且系統(tǒng)資源浪費(fèi)嚴(yán)重，不易組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控功能可擴(kuò)展性差。例如，在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)；在廣播電視領(lǐng)域，美 國己經(jīng)開始實(shí)施模擬電視數(shù)字化，我國在 2021年之前，也將會(huì)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視；在個(gè)人領(lǐng)域，各 種嵌入式產(chǎn)品也將為個(gè)人提供移動(dòng)數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。a基于 ARM的嵌入式 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1 目錄 基于 ARM的嵌入式 1 網(wǎng) 絡(luò) 視 頻 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 現(xiàn) .............................................................................. 1 目錄 .......................................................................... 1 一、 緒論 ..................................................................... 1 研究意義 ..................................................................................................................... 1 市場需求 ..................................................................................................................... 1 目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外常見方案設(shè)計(jì) ....................................................................... 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) .............................................................................................................. 3 技術(shù)可行性 ................................................................................................................. 4 二、 嵌入式系統(tǒng)介紹 .......................................................... 5 ....................................................................................................................................... 嵌入式系統(tǒng)定義 .............................................................................................................................. 5 ....................................................................................................................................... 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn) .............................................................................................................................. 5 ....................................................................................................................................... 嵌入式系統(tǒng)的組成 .......................................................................................................................... 6 三、視頻編解碼和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選 擇 ................................................. 7 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的分析選擇 ................................................................................................. 7 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的分析 . ..................................................... 7 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇和設(shè)計(jì) 39。而這些都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的 應(yīng)用。 對本課題的研究，即對結(jié)合了嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、圖像處理與數(shù)字視頻技術(shù)于一體的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視 頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究，意義明顯，不但有助于我們解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高監(jiān)控系統(tǒng)功能，而 且更是有實(shí)際意義，例如，國際反恐形勢、 2021奧運(yùn)、國內(nèi)城鎮(zhèn)化與城市建設(shè)、部分應(yīng)用領(lǐng)域安全 事故頻發(fā)等，這些方面都需要有新一代的監(jiān)控系統(tǒng)保證。只要 是網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的地方就一定可以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控和記錄，并且這種監(jiān)控還可以與很多其它類型的系 統(tǒng)進(jìn)行完美的結(jié)合?？此陌l(fā)展勢頭，人們不難預(yù)見到它的 光輝前景；隨著數(shù)字化的理念的逐漸深入人心，在不遠(yuǎn)的將來，它一定會(huì)取代模擬產(chǎn)品。在越來越多的 原有行業(yè)應(yīng)用中，這種革命性的技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，在提高安全性的同時(shí)也進(jìn)一步 的降低了成本；而在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，它還是第一次用到，也因此開創(chuàng)和激發(fā)了許多新的市場。例如利用背景差分 算法在圖像處理中，控制運(yùn)動(dòng)模塊使攝像機(jī)可以跟蹤信息庫中的目標(biāo)網(wǎng)等。該方案中由視頻采集芯片完成圖像的預(yù)處理，由 DSP完成圖像 的編碼：基于 MPEG MJPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮，經(jīng)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸。方案的主 要缺點(diǎn)是：由于有兩個(gè)主要的芯片，設(shè)計(jì)、調(diào)試、使用較難，系統(tǒng)成本偏高。 4) 其他方案。而且，用戶還可以控制云臺(tái)從而對鏡頭的動(dòng)作 或?qū)ο? 統(tǒng)進(jìn)行配置操作。 客戶機(jī) /服務(wù)器結(jié)構(gòu) (即 c/s結(jié)構(gòu) )，包括一個(gè)客戶端程序和一個(gè) 服務(wù)器程序 (運(yùn)行在被控制的計(jì)算 機(jī)端 )。而且每個(gè)攝像機(jī)都是獨(dú)立 工作，獨(dú)立傳輸，它們之間不存在任何的隸屬關(guān)系，各個(gè)單元都能獨(dú)立完成各自的任務(wù)而不受其它 單元的干預(yù)，同時(shí)，各個(gè)單元之間也能較好的保證在線擴(kuò)展、在線維護(hù)和容錯(cuò)，可靠性高，符合網(wǎng) 絡(luò)測控的要求。這里采用的攝像頭是中星微 ZC0303， 采用的 USB接口， USB驅(qū)動(dòng) Linux內(nèi)核已支持，另外中星微的驅(qū)動(dòng)我們不難移植。 PC端，我們所只需其能上網(wǎng)，并且?guī)в袨g覽器即可。對于這個(gè)定義，可以從如下幾個(gè)方面來解讀： 1) 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的 (特別是面向行業(yè)的應(yīng)用 )，必須與具體的行 業(yè)應(yīng)用背景相結(jié)合，必須具有很強(qiáng)的專用性，而且必須可以根據(jù)實(shí)際需要合理裁減、利用。 其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)外延極其廣泛的名詞，但凡與產(chǎn)品相結(jié)合的，具有嵌入式特點(diǎn)的系統(tǒng) 都可以看作嵌入式系統(tǒng)，如一個(gè)手持 MP3，一個(gè)微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以稱作嵌入式系統(tǒng)。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、不斷創(chuàng)新的知識密集型系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21所示。 一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)模型如圖 31所示。所以為了 保證基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和圖像的質(zhì)量，傳輸層協(xié)議的選擇是整個(gè)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 的關(guān)鍵關(guān)鍵之一。為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，人們將 TCP用于 IP數(shù)據(jù)的傳輸，以提高接收端的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。無連接服務(wù)是郵政系統(tǒng)服務(wù)的抽象。 3) 網(wǎng)絡(luò)流量小、速度快： UDP對接收到的數(shù)據(jù)報(bào)不發(fā)送確認(rèn)信號，發(fā)送端不知道數(shù)據(jù) 是否被正確接收，也不會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)，這樣減少了網(wǎng)絡(luò)流量并且傳輸速度也比 TCP更快。 2) RTCP協(xié)議 (實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 )，用來控 制服務(wù)質(zhì)量。 網(wǎng)絡(luò)層 (IP) 圖 32 RTP在 TCP/IP模型中的位置 應(yīng)用層 傳輸層 RTP/RTCP UDP 9 它通常是采用 UDP/IP封裝數(shù)據(jù)包，將應(yīng)用程序生成的音、視頻數(shù)據(jù)被封裝在 RTP信息 包中，每個(gè) RTP信息包被封裝在 UDP消息段中，然后再封裝在 IP數(shù)據(jù)包中，完成音、視頻 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，因此 RTP有著 UDP傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。 時(shí)間戳 (Timestamp):犯位長度，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾畔?，它記錄了?shù)據(jù)塊第一字節(jié) 的 采樣時(shí)間，采樣時(shí)間是線性單調(diào)增長的，其時(shí)鐘頻率取決于 RTP幀的載荷類型。 RTCP 協(xié)議 （ Realtime Control Transport Protocol) RTCP是和 RTP — 起使用的進(jìn)行流量控制和擁塞控制的服務(wù)控制協(xié)議，它是 RTP的控制 協(xié)議，用于監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)接發(fā)雙方傳遞信息，負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn) 程之間交換控制信息。s cumulative byte count 圖 34 RTCP發(fā)送報(bào)告包頭格式 0 12 3 ~ 0 i 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 f Y 3 4—567 V=2 P RR count 錢荷類型 (PT Message length _____________________SSRC of report sender ___________________________ SSRC of first source head from — __ RTP timestamp fraction lost Cumulative number of lost packets Extended highest sequence mumber received estimate RTP packet inter arrival time first Timestamp of last SR report received elapsed time since last SR report received Reception Report 圖 35 RTCP接收報(bào)告包頭格式 類似于 RTP數(shù)據(jù)包，每個(gè) RTCP報(bào)文以固定的包頭部分開始，緊接著的是可變長結(jié)構(gòu)元 素，類型不同長度也不同，但 總是 32位的整數(shù)倍，長度在固定部分的長度域中標(biāo)明。 （ 3)SDES:源描述項(xiàng)，包括 CNAME。由處于活躍狀態(tài)的信源發(fā)送方發(fā)送， SR報(bào)文不 僅提供該端系統(tǒng)作為接收方的數(shù)據(jù)接收質(zhì)量反饋信息，而且還提供 SSRC(同步源 )標(biāo)識符、 RTP時(shí)間戮、發(fā)送包數(shù)以及發(fā)送字節(jié)數(shù)等與發(fā)送有關(guān)的信息。提供數(shù)據(jù)發(fā)布的質(zhì)量反饋，這是 RTCP最主要的功能。 (3) 根據(jù)與會(huì)者的數(shù)量來調(diào)整 RTCP包的發(fā)送率。 (4) 控制傳送會(huì)話控制信息量。 在應(yīng)用 RTP會(huì)話時(shí)會(huì)使 用兩個(gè)端口，一個(gè)給 RTP， 一個(gè)給 RTCP。為了監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、通信帶寬以及交換會(huì)話用戶信息， RTCP把傳輸情況 的報(bào)告發(fā)送給所有 參與者。根據(jù)用戶間的數(shù)據(jù)傳輸反饋信息，可以制定流量控制的策略，而會(huì) 話用戶信息的交互，可以制定會(huì)話控制的策略。根據(jù)上面的分析采用 TCP協(xié)議來可靠傳輸 發(fā)送控制指令。 由上面分析可知，視頻傳輸所需協(xié)議的整體架構(gòu)如圖 36所示： 當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)中有三種通訊模式：單播、廣播、組播 (多播 )。 3) 組播 (Multicast)： 主機(jī)之間 “一對一組 ”的通訊模式， IP組播技術(shù)是目前能夠最大 限度地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的一種有效方法。 相對于單播、廣播比較而一言，組播技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)越性。組播可以大大的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，因?yàn)闊o 論有多少個(gè)目