【正文】 文發(fā)送給同一個網(wǎng)絡(luò)的所有主機，由于不是所有的主機都需要這些報文，因而浪費網(wǎng)絡(luò)資源。其中心思想為通過一個特殊 IP地址 (D類地 址 )向一組主機發(fā)送 UDP數(shù)據(jù)報，這個特殊地址就代表一個 “組 ” ，所有加入了這個組的主 機可以接受到此組內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的交換機和路由器只向有需求者復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需 數(shù)據(jù)。這樣既能一次將數(shù)據(jù)傳輸給多個有 需要 (加入組 )的主機，又能保證不影響其他不需要 (未加入組 )的主機的其他通訊。在組播網(wǎng)絡(luò)中，即使用戶 數(shù)量成倍增長，主干帶寬亦不會隨之增加。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播 組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。 根據(jù)前面的介紹， RTP/RTCP協(xié)議也支持組播通信方式，因此在我們的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中， 選擇組播作為視頻數(shù)據(jù)的傳輸方式。因此對于容錯機制和 QOS的處理 也是我們網(wǎng)路通信中重點考慮的問題。 視頻信號的壓縮理論主要依靠兩點：視頻信號本身具有時間、空間和統(tǒng)計相關(guān)性；人眼視覺 系統(tǒng)對視頻的主觀感知允許一定的失真。 視頻信息具有直觀、形象、準確和信息容量大等特點，但與其他數(shù)據(jù)相比，視頻的原始 數(shù)據(jù)量非常大，如果不經(jīng)過壓縮，這樣的視頻數(shù)據(jù)幾乎沒有實用價值。顯然，這樣大的數(shù)據(jù)量 不僅超出了計算機的存儲和處理能力，更是當(dāng)前通信信道的傳輸速率所不及的，這樣高速率 的圖像信息是不可能直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)?，也不可能直接存儲到存儲媒體上去。 由于圖像原始數(shù)據(jù)像素之間都存在著較強的相關(guān)性 ，因此可以采用某種編碼方法減少這 樣相關(guān)性，這樣就可以實現(xiàn)圖像壓縮 。再者還有一些信息是人眼無法識別的，生理視覺上可以 完全忽略的部分，可以完全去除，這樣也就實現(xiàn)視頻圖像的壓縮。 視頻壓縮技術(shù)是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵之一，實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最佳效果。 1) 靜態(tài)圖像壓縮技術(shù) JPEG、 MJPEG、 JPEG2021等 JPEG是聯(lián)合圖像專家組 (Joint Photogaphie Experts Group)的縮寫。前者不會產(chǎn)生失真，但壓縮此很小； 后一種算法進行圖像壓縮是信息雖有損失但壓縮比可以很大，例如壓縮 25倍左右時，人眼 基本上看不出失真。 但相應(yīng)地， MJPEG對帶寬的要求也很高，同時也需要大量的存儲空間。 他們分別制定了 H.26x系列標(biāo)準和 MPEG標(biāo)準。 其中， MPEG4是當(dāng)前運動圖像視頻壓縮領(lǐng)域的主流編碼算法。雖然 MPEG4標(biāo)準的主要內(nèi)容、編碼工具以及碼流格式基本己經(jīng)確立，但是 由于 MPEG4許多新編碼技術(shù)是建立在圖像分析與合成、計算機圖形、虛擬現(xiàn)實和計算機等 基礎(chǔ)學(xué)上，這些新的編碼技術(shù)要走向應(yīng)用還需要結(jié)合大量的工具和研究。 由于該研究的目的是需要傳輸高質(zhì)量的圖像畫面，且對帶寬要求不高，另外對于硬件的 框架的設(shè)計，我們選擇 ARM9作為微處理器，不適宜做復(fù)雜的運算，經(jīng)過測試，在用 ARM 做 MPEG4時 320*240至多只能做到 15幀 /秒，而對于用 ，復(fù)雜度會加倍。在進行壓縮時，接 受 YUV4:2:2數(shù)字視頻信號，將其編碼為 JPEG碼流輸出 。 利用 JPEG標(biāo)準推薦的量化表，壓縮比 25:1時候，數(shù)據(jù)在復(fù)原后人眼還是幾乎不能看 見區(qū)別的。 四、監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計 利用 IP網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)的概念提出至今已經(jīng)有 10多 年了，將嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)和 發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合形成新一代嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是近幾年才一開始出現(xiàn)的，人們 對嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案已經(jīng)進行了多方面的研究，提出了各種不同解決方案，但是 到目前為止，還沒有一個比較完善的方案能解決所有的問題，需要用戶根據(jù)實際需要構(gòu)造滿 足自己要求的方案。方案 2是不錯的選擇， DSP專門處理圖像 處理， ARM處理控制指令，設(shè)計得當(dāng)會取得不錯的效果，但是該方案采用了兩個處理器， 不但提高了成本，在設(shè)計、調(diào)試上更是帶來困難，需要較長的開發(fā)周期 。 但本文中所設(shè)計的系統(tǒng)主要用于局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以圖像畫面作為證據(jù)的場合， 如小區(qū)、校園、無人值守的倉庫、機房、變電所、家庭監(jiān)控報警等并不需要實時性特別強的 領(lǐng)域。 因此我們采用的方案只用 ARM作為核心處 理器的方案 3。 MJPEG具有良好的靜態(tài)圖像效果，適合于事后視頻處理，并且碼流大小固定，帶寬利用率 高，正好能滿足我們的要求。因此，在硬件選擇上需要經(jīng)過不斷比較才能確定選型。 嵌入式開發(fā)硬件平臺的選擇主要是嵌入式處理器的選擇。 表 41常見監(jiān)控系統(tǒng)方案優(yōu)缺點 方案 優(yōu)點 缺點 +DSP 運算速度快，圖像處理 能力強 沒有操系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，功能擴展 比較難 +ARM 運算速度快、圖像處理 能力強，且有完備的操 具有兩塊芯片，設(shè)計、調(diào)度、實現(xiàn)較 難、系統(tǒng)成本高 作系統(tǒng)功能 +ARM 具有完整操作系統(tǒng)功 能，擁有完備的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議棧和文件系統(tǒng)，功耗 低，開發(fā)容易，成本較 低 缺少強大的運算能力，很難滿足高實 時性的場合 16 根據(jù)前面的方案比較分析，我們選擇 ARM作為系統(tǒng)核心處理器， ARM架構(gòu)是第一款 RISC微處 理器，是一種可擴展、可移植、可集成的處理器。目前在市場上常用的 ARM處理器有 ARM7系列、 ARM9系列。 ARM9相對于 ARM7來說有了更多的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在如下： ARM9主頻更高 ARM9采用 5級流水線而 ARM7為 3級流水線。所以流水線的拉長，有利于 CPU主頻的提高。 ARM9帶有 MMU、 CACHE 等 MMU則是用來支持存儲器管理的硬件單元，滿足現(xiàn)代平臺操作系統(tǒng)內(nèi)存理的需要，它 主要包括兩個功能 :一是支持虛擬 /物理地址映射，二是提供不同存儲器地址空間的保護機制 。如果存儲器訪問 成為系統(tǒng)性能的瓶頸，則處理器再快也是浪費，因為處理器需要耗費大量的時間在等待存儲 器上面。 Cache以及 MMU等硬件單元的引入，給系統(tǒng)程序員的編程模型帶來了許多全新的變化。 性能和效率的提升由于 ARM9內(nèi)核采用的是哈佛架構(gòu)，擁有獨立的擁有獨立的指令和 數(shù)據(jù)總線，而 ARM7為傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu) 。運行同一段程序， ARM9的處理器可以比 ARM7節(jié)省大約 30% 左右的時鐘周期。 S3C2410是三星公司針對工業(yè)級和民用級等多種應(yīng)用場合設(shè)計的一款性價比比較高的 32位 RIS 序號 特點 1 體積小，低功耗，低成本、高性能 2 支持 Thumb/ARM雙指令集，能很好的兼容 8/16位操作 3 大量使用寄存器，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速 度更快 4 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 5 指令長度更長 17 C嵌入式微處理器，它是 16/32位 RISC嵌入式微處理器，它采用了 ARM920T核、 5級流水線，內(nèi)部帶有全性能的 MMU(能支持 WinCE、 嵌入式 Linux等多種嵌入式 0S)， 運 行速度高達 Zo3MHz， 支持 usB接口，而且擁有豐富的其他接口以備方便擴展功 能。任何 Flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操 作之前必須先執(zhí)行擦除。他們之間的性能比較如下： (1) NOR的讀速度比 NAND稍快一些； (2) NAND的寫入速度比 NOR快很多； (3) NAND的 4ms擦除速度遠比 NOR的 5s快； (4) NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。因此，以備 NOR Flash 的容量較小 ， NAND Flash的容量較大，適合于數(shù)據(jù)存儲。 另外，為了更流暢運行 Linux系統(tǒng)及應(yīng)用程序，使用 2片 32MB的 HY57V561620的 SDARM。 當(dāng)前攝像頭主要可以分為兩大類： CCD類和 CMOS類，兩種傳感器都可以將光轉(zhuǎn)化為 電荷，進而處理成電信號。 CCD(Charge Coupled Device)， 艮即 “電荷親合器件 ”， CMOS(Complementary Metal Oxide Semicondutor)即 “互補金屬氧化物半導(dǎo)體 ” 。由18 于 CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件，電路之間距離很近，相互之間 的光、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像影響很大，使 CMOS光電傳感器很長時間無法進入實用。 本著夠用、成本預(yù)算以及在集成方面的考慮， USB接口的 CMOS攝像頭有良好的性能、 低廉的價格、靈活方便易于集成到嵌入式系統(tǒng)的特性，系統(tǒng)中使用了中星微 301PL芯片的 攝像頭，這款芯的特點使內(nèi)含數(shù)字攝像 IC接口， DRAM接口、實時圖像壓縮引擎、 USB接 口、 FIFO等功能，這款芯片的壓縮比大于 5:1，經(jīng)過 DSP處理后出來的使 JPEG格式的圖像； 這款攝像頭采用的是新一代的 CMOS感光芯片，并采用影像光源自動增益補強技術(shù)，自動 亮度、白平衡控制技術(shù)，對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制的開發(fā)技術(shù)，色 彩表現(xiàn)力極佳，分辨率高達 130萬像素，動態(tài)視頻分辨率最高 為 640*480像素，輸出幀速 度最高為 30幀 /s， 輸出的圖像為數(shù)字格式不用轉(zhuǎn)換了，完全可以滿足后面系統(tǒng)圖像識別報 警處理以及實時監(jiān)控的需要，而且采用該芯片的攝像頭在國內(nèi)市場占有比率超過 70%，方 便購買和以后維護使用。 不同的硬盤接口決定著硬盤與計算機之間的連接速度，再整個系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣直接 影響著程序運行快慢和系統(tǒng)性能的好壞。 USB接口價格低廉，連接簡單快捷，兼容性強，具有很好的擴展性， 多用于家用產(chǎn)品中； IDE接口硬盤也多用于家庭產(chǎn)品中，價格低廉、兼容性非常好，但是 IDE 接口只能內(nèi)置使用，在嵌入式集成不太方便； SCSI接口的硬盤則主要應(yīng)用與服務(wù)器市場， 價格昂貴 。SATA是種新生的硬盤接口類型，而且不 是很普及，在其他系統(tǒng)中不容易集成。根據(jù)上面 硬盤接口分析比較可知 USB接口具有靈活性強、支持熱插拔等許多優(yōu)點，而且傳輸速度也 能滿足要求，而其他的接口硬盤要么不夠方要么不容易集成或者價格太貴等原因沒有在考慮 之列，所以在綜合考慮了成本和性能的基礎(chǔ)上，決定采用現(xiàn)在性能較好的、價格便宜的 USB 19 硬盤作為外存儲器。由圖可見其主要分為以下幾 個主要部分 : ?核心處理器： MCU時鐘頻率需要高于 40〇 MHz， 它作為系統(tǒng)的中央處理器完成主 要的邏輯運算，并提供了基本的外圍接口電路和外圍設(shè)備控制器。 SDRAM相 當(dāng)于 PC機的內(nèi)存，操作系統(tǒng)需要加載到 SDRAM后才能正常運行， FLASH相當(dāng)于 ROM， 用來存貯 Bootioader和操作系統(tǒng)。 ? USB Host接口：用于和 USB接口的攝像頭實現(xiàn)連接。 20 S3C2410處理器的存儲控制器可以為片外存儲器訪問提供必要的控制信號，它主要包 括以下特點： ? 支持大、小端模式 （ 通過軟件選擇 ）； ? 地址空間：包含 8個地址空間，每個地址空間的大小為 128M字節(jié)，總共有 1G 字節(jié)的地址空間； ? 除 BANK0以外的所有地址空間都可以通過編程設(shè)置為 8位、 16位或 32位對準 訪問。 ? 7個地址空間的起始地址是固定的； ? 1個地址空間的起始地址和空間大小是可變的； ? 所有存儲器空間的訪問周期都可以通過編程配置； ? 提供外部擴展總線的等待周期； ? SDRAM支持自動刷新和掉電模式。從圖中可以看出，特殊功能寄存器 位于 0X48000000到 0X60000000的空間內(nèi)。 Bank6和 Bank7的詳細的地址和空間大小的關(guān)系可以參考表 521。 表 522數(shù)據(jù)寬度選擇 圖 521 S3C2410復(fù)位后的存儲器地址分配 注： BANK6/BANK7的空間大小必須相同。3tsd00_0000 Qse00_0000 End address OxcSLffff 0xc7Lffff QscfLffff QsdfLffff OsffLffff 1) BANK0總線寬度 表 524 SDRAM空間地址配置 22 2) SDRAM空間地址引腳連接 Ol^ (Operating Mode 1) OMO (Operating Mode 0) Booting ROM Data width 0 0 Nand Flash Mode 0 1 16bit 1 0 32bit 1 1 Test Mode 表 523存儲器 （ SROM/SDRAM)地址引腳連接 MEMORY ADDR. PIN S3C2410X ADDR. 5bit DATA BUS S3C2410X ADDR. 16bit DATA BUS S3C2410X ADDR. 32bit DATA BUS AO A0 A1 A2 A1 A1 A2 A3 … 表 524 SDRAM空間地址配置 23 從 tacc— 1核對 nWAIT， 在采樣 nWAIT為高電 nWE信號和 nOE信號相同。 平的后一個時鐘周期使 nOE變?yōu)楦唠娖剑? 3) nWAIT引腳功能 如果和每個地址空間相關(guān)聯(lián)的 WAIT被允許，某個地址空間處于激活狀態(tài)的時候應(yīng)該通Bank Size Bus Width Base Component Memory Configuration Bank Addr