【文章內容簡介】 以外，視頻信號處理的速度和高可靠性是至關重要的。因此無論是從國民生產角度還是人們日常生活的具體需要，都急需要研制新一代的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而超大規(guī)模集成電路、嵌入式軟硬件技術以及網絡技術的迅猛發(fā)展，為我們找到了一種解決問題的新思路 ，即研發(fā)嵌入式結構的無線數(shù)字 3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 國內外研究現(xiàn)狀 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集計算機技術、通信技術和數(shù)字視頻技術于一體的綜合系統(tǒng)，它是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。除了能夠實現(xiàn)多媒體信息處理如壓縮、傳輸、存儲和播放等基本功能之外，還能夠實現(xiàn)自動異常報警、智能存儲和快速檢索等高級功能，實現(xiàn)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控無法實現(xiàn)的真正意義上的監(jiān)控功能。 目前，國外的數(shù)字視頻監(jiān)控技術正朝著多元化和網絡化方向發(fā)展，技術水平較高的是美國、以色列等國。其中由于美國在集成電路、數(shù)字通信和圖像壓縮技術上的優(yōu)勢和長期的積累，在這一領域處于明顯的領先地位。一方面， 1997 年美國國防高級研究項目署 (DARPA)設立了以卡內基梅隆大學為首聯(lián)合美國十幾家高等院校和研究機構參加的視頻監(jiān)控重大項目 VSAM(Video Surveillance and Monitoring)，主要研究目標是利用視頻理解、網絡通信、多種傳感器融合等技術實現(xiàn)對未來城市、戰(zhàn)場等進行自動監(jiān)控。后來， DARPA 在 20xx 年又資助了重大項目 HID 計劃 (Human Identification at a Distance)，研究開發(fā)多模式的監(jiān)控技 術以實現(xiàn)遠距離情況下的人的檢測、分類和識別，以增強國防、民用的場合免受恐怖襲擊的保護能力。從而數(shù)字式網絡監(jiān)控系統(tǒng)以其功能強大、成本低、使用方式靈活而且應用廣泛，蘊含巨大商機，受到了學術界、產業(yè)界和管理部門的高度重視，極大地推動了視頻監(jiān)控的研究，為視頻監(jiān)控的發(fā)展奠定了堅實的基礎。另一方面是國外的產品價格高、系統(tǒng)環(huán)境要求嚴、培訓和維護費用貴，而且從國外引進的產品本地化程度低，在功能、接口、使用環(huán)境等方面均或多或少地存在一些與我國國情及功能需求不太吻合的地方。要使其能夠最終應用，還需要做大量的后期修正工作。 視頻 監(jiān)控系統(tǒng)作為安防行業(yè)的一個重要技術應用，從八十年代進入我國以來，發(fā)展速度很快。從簡單的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)到現(xiàn)在的網絡化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在國內目前應用己經相當廣泛。 傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)經過二十多年的發(fā)展，已經非常完善，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起但尚不完全成熟。目前中國內地的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)百 4 家爭鳴的現(xiàn)象，產品紛雜，技術水平參差不齊。究其原因，部分生產傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的企業(yè)轉型研發(fā)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，首先，由于受集成電路設計制造水平的限制，目前國內還沒有自主版權的視頻編碼壓縮專用芯片 。其 次，在數(shù)字視頻采集壓縮的板卡產品中，國內市場也大多數(shù)是進口產品，第三，國內生產企業(yè)缺乏一種整體的綜合技術實力 。最后，產品的需求定位仍局限于安防產品，而網絡化的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)己不僅僅是一種安防產品，正逐步發(fā)展成為一種輔助管理信息系統(tǒng)。因此這種跨行業(yè)技術的整合產品的解決方案，應按其技術特點，根據(jù)用戶需求決定系統(tǒng)解決方案，而不是千人一面。 由此不難看出，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的安防監(jiān)控向管理、生產監(jiān)控發(fā)展，并逐步與管理信息系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)資源共享，從而為管理者提供更直觀、有效的決策信息。而國內的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在視頻 處理和網絡傳輸技術上基本相似，一般都采用 MPEG 系列標準或 標準來實現(xiàn)視頻信號的壓縮，使用 TCP 用DP(或建立在 UDP 上的 RTP/RTCP)來進行網絡傳輸，但是功能單一，未能與企事業(yè)單位的管理信息系統(tǒng)相結合。 目前，國內的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經廣泛應用于樓宇監(jiān)控、金融、公安、交通等領域。監(jiān)控產品的生產廠商、工程商層出不窮，在國內安防市場上表現(xiàn)出巨大的活力。主要推出的是基于模擬視頻監(jiān)控的工業(yè)電視監(jiān)控，基于數(shù)字技術的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)和基于嵌入式技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)三類產品。前兩種技術發(fā)展已經非常成熟，并在實際工程 中得到廣泛應用；后者是新近崛起的以計算機技術及圖像視頻壓縮技術為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發(fā)展。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，嵌入式方式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有體積較小、攜帶方便、布控區(qū)域廣闊、幾乎無限的無縫擴展能力、易于組成非常復雜的監(jiān)控網絡、性能穩(wěn)定可靠等特點，有良好的應用和發(fā)展前景，必將成為今后視頻監(jiān)控領域的主流產品。 研究 意義 目前，新一代的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)正是利用 MPEG4 和 H264 等壓縮技術，來對數(shù)字視頻進行壓縮、傳輸和控制，并利用以太網 技術、無線網絡技術來將數(shù)字視頻信號在更廣闊的環(huán)境中實現(xiàn)共享。因此，數(shù)字無線化網絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 5 必將有良好的發(fā)展前景。 本產品開發(fā)的意義： (1) 無線的實時視頻采集傳輸系統(tǒng)以其充分利用計算機處理能力、適合遠距離傳輸、便于查找以及易于管理和維護的特點而克服了有線傳輸?shù)木窒扌?，如要預埋線路，機動性差，造價高昂等缺點，使得研制新一代的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)有重要的意義。 (2) 雙模的無線視頻監(jiān)控采集終端系統(tǒng)，可根據(jù)不同地區(qū)網絡覆蓋的不同，靈活選擇 WiFi 網絡和 WiMAX 網絡，克服了單模遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有或無法解決實 時大數(shù)據(jù)量處理、無線遠程實時通信等缺點，為當前無線網絡實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控提供可靠的保障。 (3) 由于嵌入式無線視頻監(jiān)控采集終端系統(tǒng)不僅符合信息產業(yè)的未來發(fā)展趨勢，而且代表了監(jiān)控行業(yè)的未來發(fā)展方向，蘊藏著巨大的商機和經濟效益，所以成為目前信息產業(yè)中頗受關注的數(shù)字化產品。特別是近年來，隨著技術的進步和社會經濟的不斷發(fā)展，客觀上對監(jiān)控系統(tǒng)的準確性、有效性和方便性提出了更高要求。主要體現(xiàn)在： (a)需要實施視頻監(jiān)控的范圍更加廣闊，由傳統(tǒng)的安防監(jiān)控向管理監(jiān)控和生產經營監(jiān)控發(fā)展，而且對同一套系統(tǒng)的覆蓋面和實施距離也提出了 更高的要求，通俗地說就是要達到點多、面廣； (b)要求監(jiān)控系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)結合，實現(xiàn)對大量視頻數(shù)據(jù)的壓縮存儲、傳輸和自動處理，從而達到資源共享，為各級管理人員和決策者提供方便、快捷、有效的服務。 本設計終端是一個智能攝像頭采集終端，將 音 視頻采集、壓縮編碼、視頻智能分析和雙模無線傳輸集一體的多功能攝像頭，與監(jiān)控系統(tǒng)的前端相對應，而監(jiān)控系統(tǒng)的后端為監(jiān)控中心或手持終端構成。兩部分結合為新一代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)提供設計方案。 總之，隨著嵌入式微處理器的迅速發(fā)展，其圖像處理能力正在不斷地提高，同時嵌入式系統(tǒng) 具有體積小、低功耗、低成本等特點，利用不斷發(fā)展的無線網絡技術來研究新一代的微型化、網絡化、智能化的視頻監(jiān)控采集終端系統(tǒng)具有不可估量的重要意義。 6 系統(tǒng)功能 監(jiān)控中心 監(jiān)控中心主要完成視頻碼流和報警信號在視頻服務器的集中處理，通過與主機上信號輸入端口和警號閃燈一體機等報警輸出設備的連接，實現(xiàn)報警聯(lián)動錄像功能。包括系統(tǒng)服務程序和數(shù)據(jù)庫兩個主要組成部分。服務程序運行在 Linux 操作系統(tǒng)下。 傳輸系統(tǒng) 本系統(tǒng)實現(xiàn)了將 WiFi無線技術用于中遠距離音視頻傳輸。 視頻采集及處理模塊 本模塊采用 DSP 處理器實現(xiàn)對視頻信號的編碼壓縮，用 ARM 處理器實現(xiàn)系統(tǒng)控制、網絡處理、云臺控制、報警信號的處理等計算任務。 DSP 和 ARM 芯片擬采用 TI 公司的 TMS320DM6446 雙核處理器，它包括一個以 ARM926 為核的 ARM CPU 和一個以 DSP C64+為核的 DSP CPU， 可以同時開發(fā)基于達芬奇系列 DSP 圖像算法應用程序和基于達芬奇系列 ARM的應用程序。 DM6446 的 ARM處理器可以移植 Linux 操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制任務 ， DSP 處理器負責視頻編碼任務。 客戶端 客戶端采用微軟公司的 VC++20xx 開發(fā)工具在 PC 機上開發(fā)，主要實現(xiàn)對實時視頻的顯示、用戶登陸控制、視頻顯示模式切換、計劃任務管理、報警記錄管理、錄像回放、云臺控制等功能。 智能檢測系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用 DSP 實現(xiàn)對視頻信號的分析處理，實現(xiàn)如下功能： 7 （ 1） 對 周界防范無人值守智能報警； （ 2） 準確進行物品盜移、滯留檢測 ； （ 3） 快速進行人臉、人體檢測進行清晰抓拍報警 ； （ 4） 對人的行為做出分類判斷 （如追逐、 超高、倒地、駐留、徘徊等限制行為）做出報警； （ 5） 對 報警區(qū)域進行準確人數(shù)統(tǒng)計（進入、 離開、聚眾人數(shù)統(tǒng)計） ； 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)的主要由五個模塊組成，完成從音視頻信號的采集、編碼、智能處理、傳輸、存儲、報警、查詢等功能，構成一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 整個系統(tǒng)構成一個易于擴充、升級和管理的遠程網絡綜合信息平臺?？蓪崿F(xiàn)視頻 /報警信號采集、系統(tǒng)實時控制、智能聯(lián)動、圖像數(shù)字存儲、智能檢索錄像資料、信號遠程傳輸和遠程控制等功能相結合的安全防范和分級管理系統(tǒng)。 管理指揮整個監(jiān)控系統(tǒng)，主要負責用戶和設備的接入管理 ,提供視頻訪問和控制服務以及錄像處理服務等。傳輸系統(tǒng)由 WiFi 無線網絡作為主要傳輸途徑，輔 以光線、雙絞線。信息采集及處理系統(tǒng)由視頻編解碼器、攝像機、云臺等前端設備組成。云臺可對攝像機進行旋轉 360176。、垂直 90176。及變焦控制。視頻編解碼器負責把攝像機的模擬視頻信號轉變成數(shù)字信號，同時進行壓縮，編碼壓縮處理后的數(shù)據(jù)通過網絡匯集到監(jiān)控管理中心?？蛻舳嗽谕ㄟ^用戶認證后可任意觀看視頻 ， 可控制攝像機的角度、拉近拉遠鏡頭、控制遠端設備，并可接收報警信息。客戶端可采用有線接入或無線接入的各種終端設備 (電腦、手機等 )。智能檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)快速異常行為檢測，對識別出的行為事件存入數(shù)據(jù)庫并做報警。 系統(tǒng)技術指標 （ 1）服務器軟件 ? 響應時間 1ms ? 最大并發(fā)用戶數(shù)： 30 ? 吞吐量 2Mbps/每用戶 8 （ 2）視頻采集及處理模塊 ? 編碼算法采用 編碼算法 ? 視頻分辨率 D1（ 704x576）、 CIF（ 352x288），傳輸速率 25 幀 /秒 ? 1 路音頻， 格式 ? 1 路 RS485 接口，控制云臺 ? 支持 PelcoP、 PelcoD 等多種云臺協(xié)議 ? 支持自定義 OSD 設置 ? 視頻流碼率 3000Kbps ? 編碼延遲 15ms ? 媒體流網絡延遲 30ms ? 端到端通信的網絡時延上限 400ms ? 端到端通信的時延抖動上限 50ms ? 端到端 通信的丟包率上限 1103 （ 3）智能檢測系統(tǒng) ? 視頻分辨率 D1（ 704x576）、 CIF（ 352x288），傳輸速率 25 幀 /秒 ? 支持周界防范、物品盜竊檢測、滯留警告、人臉檢測、人頭計數(shù)、限高檢測、倒地檢測、奔跑檢測、駐留檢測、徘徊檢測 ? 支持視頻遮擋配置 ? 支持圖像預覽 ? 抓拍參數(shù)： 1） MJPEG 視頻流； 2） BMP 圖片 ? 支持報警前、報警時、報警后圖片抓拍，并能設置抓拍張數(shù) ? 支持亮度、飽和度、對比度、色調的設置 （ 4） WiFi傳輸模塊 ? 支持 、 、 ? 無線頻率 24122462MHz ? 信道帶寬支持 5MHz、 10MHz、 20MHz、 40MHz ? 發(fā)送性能指標： 9 數(shù)據(jù)速率 (Mbps) 發(fā)送功率 (dbm) 誤差 (dB) 2 26 +/2 26 +/2 11 26 +/2 6 26 +/2 12 26 +/2 24 26 +/2 48 22 +/2 54 21 +/2 ? 接收性能指標： 數(shù)據(jù)速率 (Mbps) 靈敏度 (dbm) 誤差 (dB) 2 96 +/1 95 +/1 11 92 +/1 6 94 +/1 12 91 +/1 24 86 +/1 48 77 +/1 54 74 +/1 二 視頻采集模塊 硬件設計 根據(jù)系統(tǒng)需求，視頻采集設備的處理器使用 TMS320DM6446。以該處理器為核心，利用其處理器所集成的外圍電路和 IO 接口，設計完成該設備的總體框圖結構如圖 所示。設備的硬件平臺大體分為三個部分，處理器核心部分，功能性外設模塊，交互外設模塊。在處理器的核心部分 ，為系統(tǒng)配備了 64M 的SDRAM，已經可以基本滿足視頻處理程序的流暢運行，同時使用 FLASH 作為系統(tǒng)外存，用來存儲需要固化在設備中的程序，如啟動加載程序和內核鏡像。攝像頭和無線網卡將選用一些成熟的模塊，因為這樣可以通過處理器提供的 USB接口或網口連接，為后續(xù)的設備驅動工作提供便利。 其中 CCD 攝像頭完成圖像采集的功能，無線網卡提供網絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。RS232 則是為該設備的通訊和使用提供交互接口，設計以太網接口的目的是為了 10 在開發(fā)過程中，終端設備可以通過以太網訪問宿主機中的開發(fā)程序直接調試運行，從而避免了頻繁 的對閃存進行擦寫，同時也加快應用程序的開發(fā)周期。 視頻采集模塊主要包括： DM6446 主處理器； PAL/NTSC 的標準模擬視頻輸入 (CVBS)PAL/NTSC 標準模擬視頻輸出 (CVBS)， 支持 VGA 輸出；擴展 256MB DDR2 SDRAM。擴展 64MB N