【導讀】信息化程度提升的特殊背景下，視頻監(jiān)控獲得了極大地關注和迅猛的發(fā)展。交通智能化管理、家庭安全監(jiān)控等新的領域也受到了廣泛的應用。同時在現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術和人工智能技術的巨大推動下，目前的監(jiān)控。中心控制模塊，無線傳輸模塊組成。系統(tǒng)整體設計方案采用ARM與專用視頻處。監(jiān)控終端通過3G網(wǎng)絡與后臺控制中心完成數(shù)據(jù)交互，基本適。應了現(xiàn)代社會對視頻監(jiān)控的基本要求。本論文主要完成的工作和創(chuàng)新點如下:. 芯片處理數(shù)據(jù)的模式，大大提高了系統(tǒng)的性能。在編碼方式上，采用了壓縮比率。更高的壓縮方案，傳輸?shù)膱D像相比較以前的MPEG方案質量更加的好，并且數(shù)據(jù)量很小，在以流量計費的3G時代，更加凸顯了本終端的優(yōu)勢。靈活方便，更加容易擴展和升級。中可能遇到的技術難點進行了總結和歸納。SLboot，并且對它的啟動和運行過程進行了細致的說明。出了具體的實現(xiàn)方案，對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導意義。和展望，對進一步需要補充和完善的地方進行了說明。

　　

【正文】 頻信號。該模數(shù)轉換芯片為本終端提供了一個低功耗的解決方案。中心控制芯片可以通過 GPIO 口對視頻采集芯片的工作模式進行調節(jié)，當空閑狀態(tài)時，芯片可以停止模數(shù)轉換；當系統(tǒng)需要時，可以通過 GPIO 喚醒 TW2865，啟動模數(shù)轉換，通過這樣一個機制，可以使系統(tǒng)功耗做到最低。 其主要的技 術指標如下所示： （ 1）最大可支持 14 路模擬視頻信號輸入，通過對內部源選擇器進行配置，輸入可以為 4 路音頻信號或 2 路視頻 (Y/C)信號； （ 2）支持 ITUR 格式的標準采樣 YUV4:2:2 格式 ,其輸出為 8 位 VPI總線； （ 3）支持 PAL、 NTSC、 SECAM 等視頻數(shù)據(jù)輸入，可以在 PAL、 NTSC 之間自動切換； （ 4）芯片有 I2C 接口，可以外接 DSP 芯片或者視頻處理芯片，本設計中視頻處理芯片可以通過 I2C 總線對視頻圖像的亮度、色度、對比度等進行配置和控制； （ 5）模擬與數(shù)字部分均采用 + 供電，需外接 54MHz 晶體，內部具有鎖相環(huán) (PLL)，經內部倍頻后可以輸出 108MHZ 的輸出時鐘； 視頻采集模塊的主要電路連接示意圖和原理圖如下所示： 攝像頭 TW2865視頻采集芯片 視頻處理模塊 云臺 中央控制模塊 模擬視頻 數(shù)字視頻 線總 控制命令（通過 RS232） 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 26 圖 32 視頻采集模塊連接示意和電路原理圖 視頻處理模塊 FH8735 是富翰公司推出的一款高性能的 壓縮芯片 [42]，支持 Main PROFILE 和 Baseline PROFILE 視頻壓縮格式，可以進行八路標清或者 2 路 720p 高清的實時壓縮編碼和多路音頻編碼。 在編碼的同時，同時可以完成音視頻同步，輸出的主要格式 ES/PES/PS/TS。 FH8735 的編碼性能如下所示： （ 1） 2 路 720p 高清（ 1280x720@30fps， Baseline Profile）； （ 2） 1 路 1080i高清（ 1920x1080@30fps， Baseline Profile）； （ 3） 4 路 D1（ 576i/480i， Main Profile）； （ 4） 8 路 D1（ 576i/480i， Baseline Profile）； （ 5） 16 路或更多的 CIF@30fps（ Baseline/Main Profile）； FH8735 的視頻輸入接口可以同時接收 8 路標準 的數(shù)字視頻，也可以把視頻輸入接口配置為 2 路高清視頻輸入接口，本文所設計的嵌入式視頻監(jiān)控終采用 4 路 D1（ 576i/480i， Main Profile），經實踐證明采用此種設計方法可以達到最優(yōu)的編碼性能。 FH8735 可以接收來自 CMOS/CCD 模組 , 視頻解碼器， LVDS 接收器以及 HDMI 接收器等輸出的數(shù)字視頻，在本文中 FH8735 視頻接收方式為直接接收 TW2865 輸出的增強 視頻。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 27 圖 33 FH8735 硬件架構 FH35 的硬件結構如圖 33 所示，它由 CPU、 HIU、 VIU、 VPU、 AIU、 DDRC、VOU、 FH DMAC、 I2C、 UART、 GPIO、 Timer 等模塊構成。中心控制模塊可通過 HIU（主機接口單元，有 PCI 和 HPI 兩種）訪問 FH35 芯片的內部寄存器（ IRU）和外部存儲器（ DDR）。 FH35 可根據(jù)用戶配置信息進行音視頻數(shù)據(jù)的實時采集、預處理和高效編碼，并將壓縮碼流通過主機接口單元傳輸給中心控制模塊。 FH8735 內部有兩組獨立的 DDR 控制器，可以接兩組外部 DDR SDRAM，根據(jù)實際系統(tǒng)對編碼器性能的需求配置一組或者兩組外部 DDR SDRAM。為了配置外接的視頻和音頻接收芯片， FH8735 提供兩路完全獨立的標準 I2C 接口，以應對可能出現(xiàn)的外部設備 I2C 地址的沖突。 本文設計的嵌入式視頻監(jiān)控終端中 DSP 芯片 FH8735 通過 PCI 總線與中心控制芯片 MiNiSL3512，存儲器電路采用兩組的 DDR SDRAM。 FH8735 通過 I2C接口與 TW2865 芯片完成信息交互。 為了滿足數(shù)字視頻監(jiān)控的智能化需求， FH8735 提供了靈活的視頻編碼選項和專門的數(shù)字視頻處理功能。主 要體現(xiàn)在可以在編碼的同時修改分辨率、碼流、幀結構等編碼參數(shù)；在壓縮過程中可強制關鍵幀輸出、改變幀率、量化系數(shù)、分辨率、碼流、幀結構而無須停止、啟動壓縮編碼；另外， FH8735 支持對輸入視 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 28 頻進行去隔行、去噪聲、多個文本和圖形 OSD 疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供 CPU 進行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。每種算法都經過精心優(yōu)化，能自適應對視頻場景進行預先檢測和判斷，從而在保證視頻主觀質量的同時，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡傳輸?shù)男屎?穩(wěn)定性。 富瀚公司提供的配套的 SDK 提供了 FH35 視頻編碼芯片所有模塊的控制接口，可實現(xiàn)多路視音頻信號的實時編碼和錄像。系統(tǒng)的應用軟件可以通過調用FH35 SDK 提供的函數(shù)便能實現(xiàn)系統(tǒng)所有模塊的配置和管理，使各模塊按既定工作流程進行工作。針對現(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)一般不能對運動物體和靜止畫面進行智能化監(jiān)控的缺點，本設計基于配套的 SDK 開發(fā)出了動態(tài)監(jiān)測模塊和遮擋報警模塊的具體實現(xiàn)，使本文設計的監(jiān)控終端在智能化應用方面凸顯了很大的優(yōu)勢。視頻處理模塊與其他模塊的硬件連接示意圖如下圖 34 所示。 圖 34 視頻處理模塊電路連接示意圖 中心控制模塊 中心控制模塊是整個嵌入式系統(tǒng)的控制中心，它主要由基于 ARM9 內核的微處理器及其圍硬件構成，負責對視頻采集模塊、視頻處理模塊和無線傳輸傳輸模塊進行初始化，相關應用指令的控制，各種進程的管理，保證各個模塊的正常工作和整個嵌入式系統(tǒng)的正常穩(wěn)定的運行。中心控制模塊將通過 PCI 總線從 DSP模塊接收到的數(shù)據(jù)進行緩存，并按照嵌入式終端的通信協(xié)議對接收到得數(shù)據(jù)進行協(xié)議封裝，交由傳輸模塊發(fā)送到后端監(jiān)控中心。中心控制模塊同時也能夠接收遠程控制中心的控制指令，并且對指 令內容進行解析和控制，并且做出相應的回應。中心控制模塊主要有中央微控制器，存儲器電路，相應的調試接口電路和時鐘模存儲器電路 視頻采集模塊 中央控制模塊 視頻處理模塊 I2C 總線 PCI 總線 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 29 塊組成。下圖主要展示了中心控制模塊主要架構圖。 圖 35 中央控制模塊架構圖 PCI 接口電路設計 PCI 是外圍設備互聯(lián)總線的簡稱，嵌入式視頻監(jiān)控終端中心控制模塊和視頻處理模塊通過此總線完成數(shù)據(jù)的交互。在 PCB 設計的時候采用分層設計的思想，兩塊板子之間通過高速 PCI 總線進行設計。基于 PCI 總線的廣泛應用，且 PCI總線具備 32Bit 數(shù)據(jù)總線，時鐘頻率 可達 66Mhz，最快傳輸速率達到 264MB/s，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。加之大多數(shù)數(shù)據(jù)處理模塊、通信處理模塊都具有PCI 接口，這樣的話在以后的設計中可以減少很多的設計成本，使編碼板和核心板可以以后分別應用到不同的領域中去，此種設計方法對于一般性的嵌入式產品的設計具有指導性的意義，在這里我們主要介紹 PCI 接口的硬件電路設計。 SL3512 內部集成了 PCI（ MINIPCI） amp。 PC Card 控制器，在本設計中將 3512的 PCI 和 PC Card 控制器設置為 PCI Host 工作模式，通過設定 PCI_PCCDM 和PCI_HOSTM 兩個配置引腳的電平的參數(shù)值可以實現(xiàn)這種模式。 SL3512 所自帶的 PCI 總線控制器符合 PCI 總線規(guī)范 版本，具有 32bit地址 /數(shù)據(jù)復用總線，支持非線性傳輸和突發(fā)傳輸，而且?guī)в械刂纷儞Q機制，可以將內部的 PCI 總線地址映射到內存或者外圍設備。 在設計中設定 PCI 總線的時鐘頻率為 66Mhz，因此核心板上 PCI 總線的最高傳輸速度可以達到 264MB。中內存和閃存 時鐘模塊 中央微控制器 其他模塊 調試電路 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 30 心處理模塊和視頻處理模塊實現(xiàn)的 PCI 接口的原理圖如下 310 所示： 主要原理如下、當 PCI 總線進行操作時，發(fā)起者 (Master)先置 REQ為低電平，當?shù)玫街俨闷?(Arbiter)的許可時 (GNT)，會將 FRAME設置為低電平，此時Slave 地址放置在 A/D 總線上，同時 C/BE放置命令信號，此信號命令會說明接下來傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型。所有 PCI 總線上設備都要對 Slave 地址譯碼，被選中的設備要把 DEVSEL設置為低電平，以聲明自己被選中。然后當 IRDY與 TRDY都變?yōu)榈碗娖降臅r候，才能夠可以傳輸數(shù)據(jù)。當 Master 數(shù)據(jù)傳輸結束前，將 FRAME設置為高電平，以說明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只剩下最后一個，并在傳完數(shù)據(jù)后， RDY設置為 低電平來把總 線控制權放開。 圖 310 8735 PCI 電路連接示意圖 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 31 圖 311 3512 PCI 電路連接示意圖 電源模塊 電源是嵌入式視頻監(jiān)控終端設計中的重要組成部分，一個優(yōu)秀的電源模塊對可靠性和穩(wěn)定性要求是非常高的。本終端的電源模塊為各個模塊提供所其正常工作所需的電壓，電源模設計主要考慮以下幾個方面：（ 1)對系統(tǒng)所需要的電壓、電流、功率進行系統(tǒng)的分析；得到詳細的功能參數(shù)列表； (2)對系統(tǒng)的輸入電壓、電流要著重考慮，保證輸入正常； (3)輸出電壓和電流的波形是否正常，是否存在電磁兼容性和電 磁干擾等問題，對于這些問題如何消除。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 32 本系統(tǒng)設計所需要的電壓有 5v， ,， 四種。電源模塊主要由去耦電容系列、整流橋系列、三端穩(wěn)壓器系列、和非線性電源 FAN1117 系列組成。其中三端穩(wěn)壓器是固定電壓輸出的集成三端電壓穩(wěn)壓器； FAN1117 是非線性差電壓調節(jié)器系列；去耦電容一般是采用鉭電容系列對電源進行濾波。本終端在實際設計過程中主要由 FAN1117 系列芯片實現(xiàn)可以 5v到其他電壓的轉換。下圖給出了本系統(tǒng)所需要的 5V 轉 的電路原理圖。 圖 312 電源轉換電路 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 33 第四章 終端軟件平臺的構建 Linux 嵌入式開發(fā)簡介 由于嵌入式單板的資源有限，不可能在單板上運行開發(fā)、調試工具。在本終端的設計中采用傳統(tǒng)的交叉編譯調試的方式進行，即“宿主機＋目標機（評估板）”的形式。目標機和宿主機一般采用串口連接，亦可同時通過網(wǎng)口或者 JTAG 連接，如圖 41 所示。 圖 41 嵌入式交叉編譯示意圖 SL3512Linux 開發(fā)環(huán)境的搭建 SL3512 Linux 開發(fā)環(huán)境通常包括 Linux 服 務器、 Windows 工作臺及SL3512 視頻 終端評估板，三者同處于一個網(wǎng)絡中，如圖 42 所示。 Linux 服務器可以為當前主流的各種發(fā)行 Linux 操作系統(tǒng)版本。 Linux 服務器上則需要配置交叉編譯工具，以編譯可以在評估板上運行的Linux 系統(tǒng)和各種應用程序。通常，在開發(fā)階段， Linux 服務器提供 NFS（或 TFTP）服務，編譯好的 Linux 內核和應用存放于 NFS 共享目錄（ TFTP 服務目錄）中，評估板在啟動 boot 程序后，自動從 Linux 服務器上下載 Linux 內核和應用。 IP 網(wǎng)絡 宿主 機 目標機 RS232 或者 JATG 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn) 34 圖 42 本設計嵌入式開 發(fā)調試架構圖 控制臺軟件的選擇 Windows 平臺下控制臺軟件有較多的選擇，其中 Windows 內置的超級終端也是一個很好的應用選擇，用戶可以根據(jù)自身需要選擇自己熟悉的控制臺軟件。 在本設計中使用 Secure