基于PXA255和JPEG壓縮算法的嵌入式視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1 嵌入式系統(tǒng)的硬件構成
1.1 視頻數據采集終端
現場視頻信號的獲取采用基于PXA255的嵌入式CPU構建的開發(fā)平臺Sitsang開發(fā)板。基于PXA255的Sitsang嵌入式開發(fā)板是一個功能強大的嵌入式開發(fā)平臺，其CPU工作主頻為 MHz，具有64M閃盤的存儲容量，內部RAM達到了32M，并且具有豐富的外設資源。其中Sitsang板上自帶的USB接口（USB1.0）能夠與USB攝像頭進行連接，從而滿足本設計中視頻信號的采集要求。本設計采用MDC-30L作為視頻采集設備，直接通過USB接口與Sitsang板進行連接。
1.2 無線局域網
采用無線網絡傳輸方式，不僅能夠省去布線等施工操作，并且配置簡單，便于進行設備的檢修和維護。無線網絡設備采用TEW-310APB無線網橋，它具有下列多種優(yōu)點，便于進行圖像傳輸：采用直接序列擴頻 (DSSS)技術；提供高的數據速率帶寬達 22Mbps；提供 64/128/256位有線等效保密 (WEP)編碼；瀏覽器WEB配置和基于 Windows的配置軟件；通過無線用戶的MAC地址進行訪問控制；分開的 2dBi雙極天線，更換其中任何一個天線為高增益天線即可以擴大信號覆蓋范圍。DHCP服務支持高達100個客戶端 ；10/100Mbps自適應快速以太網端口。
1.3 監(jiān)視服務器
服務器中完成了多路視頻信號的采集和轉發(fā)工作，通過不同的端口與需要進行視頻監(jiān)控的客戶機進行通訊，并傳輸壓縮好的視頻數據。因此，可以選擇一般服務器計算機就能滿足要求。
1.4 移動監(jiān)視終端
移動監(jiān)控終端我們同樣采用Sitsang開發(fā)板來進行設計。服務器收到相關數據后可以根據要求把數據轉發(fā)給移動終端，移動終端通過無線網橋接收數據后在液晶屏上進行相應的顯示，這樣方便監(jiān)控人員隨時隨地了解現場發(fā)生的情況。
系統(tǒng)硬件實現框圖如圖1所示：

圖1 硬件構成
2 系統(tǒng)的軟件設計
2.1 Linux 下開發(fā)平臺的建立
Sitsang嵌入式開發(fā)平臺適合多種嵌入式操作系統(tǒng)，本文在Sitsang開發(fā)板上構建了基于ARM的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，簡稱Arm_Linux操作系統(tǒng)，并且對Linux進行了有效的裁剪，使其適應本設計的要求。
要在Linux系統(tǒng)中開發(fā)應用程序，必須完成開發(fā)環(huán)境的建立。首先是建立交叉編譯環(huán)境，使程序能夠在PC機上進行編譯、連接，然后下載到目標板（Sitsang板）上運行；其次選擇QT作為Linux環(huán)境下可視化界面的開發(fā)工具，Qt是Linux下免費的面向對象的開發(fā)環(huán)境，它具有優(yōu)良的跨平臺性能，支持絕大多數系統(tǒng)常用的API函數；最后要進行內核的裁剪。
2.2 Linux 內核的裁剪和建立
原始的linux內核提供了較完備的系統(tǒng)資源，為開發(fā)目標的實現提供了多種可行性方案的硬件支持，但是考慮到更充分的利用硬件資源和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要根據所需要的資源對內核進行相應的配置，增加需要的設備資源，不需要的資源可不必加載其驅動程序。
根據我們對這套系統(tǒng)的要求，確定了以下所用硬件：USB Host controller、USB Client、Touch Screen、LCD、FF UART、BT UART、LAN、VIDEO等設備資源以及與它們相關的一些接口總線設備。對于IrDA，USB鼠標鍵盤等設備我們沒有用到，從內核中進行刪除。
2.3 軟件系統(tǒng)的實現
軟件分成幾個模塊來進行設計：
2.3.1 視頻采集處理模塊
這是整個系統(tǒng)軟件的“底層”工作部分。它直接通過攝像頭完成現場視頻圖像的實時采集，并進行相關的初步處理，為網絡發(fā)送作好準備。
2.3.2 網絡通訊模塊
此模塊接收視頻采集模塊和狀態(tài)參數采集模塊提供的相關數據，傳遞給監(jiān)控服務器以備下一步處理；同時，它還可以轉發(fā)監(jiān)控服務器的數據給某個特定的移動監(jiān)控終端，以便實現移動監(jiān)控。
2.3.2 視頻顯示及報警模塊
此模塊在監(jiān)控服務器和移動監(jiān)控終端上都存在，功能也基本相同。它可以實時的顯示接收到的視頻圖像，并在發(fā)現圖像異常時及時給出報警信號，提醒監(jiān)控人員進行處理。
2.3.4 文件服務模塊
此模塊主要是在發(fā)生報警后及時記錄相關信息，并在硬盤上存貯相關數據，以備將來查閱。
整體軟件設計框圖如下圖2所示：