一種嵌入式網絡視頻監控系統的硬件設計

應用嵌入式網絡技術的監控系統是監控領域最新的發展趨勢,嵌入式網絡監控系統是電子技術、計算機技術、通信技術和自動化技術快速發展并相互結合的高新技術產品,嵌入式網絡技術改變以往的監控系統體系結構,滿足了現代監控系統的可擴展性、分布式、實時性等,可廣泛應用在電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等領域。正是在這一背景下,本文設計了一種嵌入式網絡化視頻監控系統,該系統在32位高性能嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片的硬件平臺上,采用MPEG-4編碼技術,嵌入式Linux操作系統和流媒體技術進行設計。利用本系統可以進行網絡數字化視頻監控,具有體積小、圖像質量穩定、遠距離監控等優點,具有良好的應用與發展前景。 本文從視頻監控技術的發展歷史和嵌入式系統的現狀入手,分析了嵌入式網絡視頻監控系統相關技術,對通用的嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片進行了深入的研究,給出了整個系統的設計方案和功能規劃。基于上面的背景和對市場進行深入調查取證,研究了目前流行的嵌入式系統和MPEG-4專用視頻壓縮芯片方案,在嵌入式系統方面確定了在AT91RM9200芯片上構建嵌入式Web服務器的解決方案。

二、系統的總體設計
整個網絡視頻監控系統采用C/S結構，從主體上分為兩部分：服務器端和客戶端。服務器端主要包括嵌入式處理器、攝像頭及其他外圍輔助設備，同時還包含運行在嵌入式平臺上的采集、壓縮與傳輸程序；客戶端則是普通PC機，通過它進行圖像接收與回放。網絡視頻監控系統的基本處理機理，即前端的視頻監控服務器從現場的攝像頭捕獲實時的視頻信息，壓縮處理后再通過以太網傳輸到遠端的監控終端上。
系統的整體結構如圖1所示，視頻圖像采集和打包發送在服務器端完成，圖像的接收與回放將在客戶端完成。

圖1、系統結構圖

三、系統的硬件設計

系統采用模塊化設計方案，主要包括以下幾個模塊：主控制器模塊、存儲電路模塊、外圍接口電路模塊、電源和復位電路，如圖2所示。

圖2、系統硬件結構圖

1、AT91RM9200主控器模塊
主控器模塊是整個系統的核心，選用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T 核的32位微控制器。該處理器最高運行頻率可達到200MPS，它的低功耗、精簡和全靜態設計特別適合于對成本和功耗敏感的應用。AT91RM9200提供了豐富的片內資源，支持Linux，是本系統的合適選擇。它能完成整個系統的調度工作，在系統上電時配置所有需工作的芯片的功能寄存器，完成視頻流的編碼，并通過以太網控制器控制物理層芯片發送視頻碼流。
AT91RM9200微處理器最高主頻為180 MHz，其雙向、32位外部數據總線支持8／16／32位數據寬度，26位地址總線可以對最大64 MB空間進行尋址。片內集成了非常豐富的外圍功能模塊，包括內存管理單元(MMU)、內部包含16 KB的SRAM和128 KB的ROM，16 KB的數據緩存以及16 KB的指令緩存。其外部總線接口控制器(EBI)，支持SDRAM，靜態存儲器，Burst FLASH以及Compact FLASH。為了提高系統性能還擴展了以下外設；增強的時鐘發生器與電源管理控制器(PMC)；系統定時器(ST)；實時時鐘(RTC)；高級中斷控制器(AIC)；4個32位PIO控制器；20通道的外設數據控制器(PDC)；10／100兆Base-T型以太網卡接口；4個通用同步／異步串行收發器(UASRT)以及JTAG／ICE接口等。