引言

　　目前視頻監控系統已廣泛應用于各領域，數字化和網絡化已成為視頻監控系統的發展方向。本設計采用OMAP5912 處理器[1]設計和實現了基于B/S模式的遠程視頻監控系統，不僅解決了傳統模擬視頻監控系統的弊端，而且彌補了單核處理器在視頻編碼方面的不足。

　　OMAP5912是由ARM926EJ-S MPU內核和TMS320C55x DSP內核組成的雙核處理器, ARM926 可滿足控制和接口方面的處理需要，而且支持廣泛的操作系統，而C55x 系列DSP可提供對低功耗應用的實時多媒體處理的支持。因此，將OMAP5912用于視頻監控系統中時，可以利用ARM核實現人機接口、控制和通訊，利用DSP核實現視頻編碼，從而可以組成一個高速、清晰、低功耗、具有良好人機交互的視頻監控系統。

　　系統總體結構

　　系統總體結構框圖如圖1所示。系統以OMAP5912電路板和攝像頭為硬件，以Montavist Linux操作系統，攝像頭驅動程序、H.264編碼器、網絡通信程序為軟件，以帶IE瀏覽器的PC機為監控端。在服務器端OMAP5912的ARM核通過驅動程序啟動攝像頭進行視頻采集，利用DSP/BIOS Bridge將獲得的視頻傳送給DSP核，DSP核利用優化后的H.264編碼器對視頻編碼，然后將編碼后的視頻回送給ARM核，ARM核通過網絡通信程序與監控端進行數據交換。用戶監控端對視頻解碼并播放視頻，同時可以通過IE瀏覽器對攝像頭進行控制及參數設置。

　　系統硬件設計

　　系統硬件設計即為OMAP5912電路板的設計，設計中，電源管理芯片采用TPS65010；DDR采用K4X56163PE芯片；NOR FLASH采用兩MT28F128J3FS-12芯片；音頻CODEC芯片采用TLV320AIC23；以太網接口芯片采用LAN91C96；另外還設計有USB接口、UART接口、音頻輸入輸出接口、JATG/Multi-ICE仿真調試接口及四個擴展接口。OMAP5912 電路板原理框圖如圖2所示。

圖2  OMAP5912電路板原理框圖

　　系統軟件設計

　　系統實現的功能是采集視頻并進行遠程傳輸，軟件部分設計主要包括軟件平臺的構建、攝像頭驅動程序的實現、視頻采集和視頻編碼的實現、嵌入式WEB服務器的構建、視頻網絡傳輸的實現。

　　1）開發平臺的建立

　　在應用程序開發前，首先需要在OMAP5912電路板中建立起軟件平臺，主要步驟如下：

　　（1）在PC機中安裝MontaVista Linux嵌入式操作系統。

　　（2）移植u_boot到目標板中

　　（3）Linux內核配置并增加如下兩個模塊：

　　①Multimedia devices→<*>Video For Linux→[*]V4L information in proc filesystem；

　　②USB Support→USB Multimedia devices→<*>USB OV511 Camera support；

　　修改一些參數，其中最重要的是修改Makefile文件：

　　ARCH:= OMAP

　　CROSS_COMPILE=arm_v4t_le-

　　最后執行如下命令生成內核鏡像文件：

　　#make dep #創建內核依賴關系

　　#make clean #清除中間文件

　　#make uImage  #創建內核鏡像文件（4）使用tftp方式下載內核鏡像文件

　　（5）掛載根文件系統

　　在應用程序的開發過程中，一般通過網絡以N FS方式來掛載在L inux主機上的文件系統, 這樣就不必要每次有改動都要重新燒寫文件系統的鏡像文件。它的實現基于對主機進行相應的配置并啟動N FS 服務, 向Linux 主機的/etc/exports文件添加下列一行：

　　/home/luowei/montavista/filesys *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)

　　并運行下列命令使得設置生效：

　　#exportfs –a

　　#service nfs restart

　　說明：/home/luowei/montavista/filesys為本人宿主機上的根文件系統，可以根據實際情況修改。

　　（6）系統測試

　　在/home/luowei/montavista/filesys/home建立一個hello.c文件，并使用如下命令編譯成目標板可執行文件hello：

　　/opt/montavista/previewkit/arm/v4t_le/bin/arm_v4t_le-gcc –o hello hello.c

　　進入目標板上相同目錄并執行./hello，若能正確運行，表明系統搭建成功。

　　2）視頻采集和編碼

　　（1）攝像頭驅動程序設計

　　驅動程序的作用在于把設備映射為一個特殊的設備文件, 用戶程序可以像對其它文件一樣對此設備文件進行操作[2]。系統的攝像頭驅動程序包括攝像頭打開模塊Camera_Open()、攝像頭控制模塊（包括中斷請求，攝像頭初始化、啟動、攝像頭寄存器設置、DMA請求及啟動）和攝像頭關閉模塊Camera_Release()。然后將驅動程序定義在struct file_operations中，供內核Video4Linux的API函數調用。考慮到Linux自帶OV511的驅動程序，設計采用OV511芯片的網眼攝像頭OV3000。

　　（2）視頻采集

　　設計使用Video4Linux模塊[5]提供的API函數進行視頻采集，主要函數包括：

　　①dev?=?open(Camera_Open?,O_?RDWR);打開視頻捕獲設備。

　　②ioctl?(dev?,?VIDIOCGCAP?,?&vid_caps)?獲取該視頻設備的相關性能。

　　③ioctl?(dev?,?VIDIOCGCHAN?,?&vid_chnl);獲取攝像頭通道的相關參數。

　　④ioctl?(dev?,?VIDIOCGFBUF?,?&vid_buf)?;獲取幀緩沖的屬性。

　　⑤ioctl?(dev?,?VIDIOCGPICT?,?&vid_pi);獲取圖片采集的設置。

　　⑥ioctl?(dev?,?VIDIOCSPICT?,?&vid_pic);設置圖片采集的相關參數,包括顏色深度、調色板類型、亮度、對比度等。

　　⑦ioctl?(dev?,?VIDIOCSWIN?,?&vid_win);設置圖像采集的視區參數。

　　⑧fwrite?(m_buf?,1?,230400?,p)?;采集的數據存入。

　　⑨ioctl?(?dev?,?VIDIOCMCAPTURE?,?&vid_mmap);開始俘獲一幀。

　　設計中使用內存映射mmap()[3]方式截取視頻幀，即先使用ioctl()函數獲得攝像頭存儲緩沖區的幀信息，之后修改video_mmap中的設置，接著使用mmap()把攝像頭對應設備文件映射到內存區，完成視頻采集。

　　（3）視頻編碼

　　設計采用OMAP5912的DSP核進行視頻編碼，能充分發揮OMAP5912的雙核優勢。在編碼器的選擇上，考慮到H.264和以前的視頻編碼標準（如H.263和MPEG-4）相比，在壓縮性能上有較大的提高，本設計選擇適合嵌入式系統的x264-20060612版本H.264編碼器。考慮到監控視頻場景的特點，選擇如下編碼方案：

　　①H.264的baseline，不采用B幀編碼和CABAC；

　　②搜索范圍選取16；

　　③量化參數選取32；

　　④1/2像素插值；

　　⑤只使用1個參考幀；

　　⑥編碼P幀宏塊的時只采用16×16，16×8，8×16，8×8，Intra16×16五種模式。

　　H.264編碼器經過一系列優化后即可用于本系統，其工作流程如圖3所示。

　　3）視頻網絡傳輸

　　考慮到B/S模式拓展性好、維護和升級容易、安全度較高等優點，系統采用B/S模式。用戶只需要在遠程客戶機的網頁地址欄內輸入服務器的IP地址，通過瀏覽器就能實時查看現場視頻畫面。

　　系統網絡通信程序的設計包括服務端和監控端的設計，其中監控端采用通用的IE瀏覽器即可，主要是服務器部分的設計，包括構建WEB服務器[4]（主要涉及BOA Web Server的移植及配置， CGI腳本的創建）、C語言實現CGI（通用網關接口）、實現嵌入式數據庫和制作簡單網頁等。其中，CGI為WEB服務器和應用程序的接口，如通過CGI程序對遠程設備的進行參數設置；采用嵌入式數據庫MSQL用于存取系統的重要信息，如用戶的帳號、密碼，攝像頭參數等。采用B/S模式后，服務器和監控端的通信程序結構圖如圖4所示。

圖4 服務器和監控端的通信程序結構圖

　　嵌入式WEB服務器部分程序如下。

　　系統充分發揮了OMAP5912的雙核優勢，實現了視頻實時采集、存儲、編碼及網絡傳輸。視頻監控用戶界面效果圖如圖5所示。

　　結語

　　設計和實現了基于OMAP5912的遠程視頻監控系統，系統充分發揮了OMAP5912的雙核優勢，實現了服務器端進行視頻的實時采集、存儲、編碼及網絡傳輸，而監控端的PC機可以通過IE瀏覽器查看監測點的視頻，也可以設置視頻的分辨率、亮度、對比度等參數。經實際運行表明，系統運行穩定，視頻流暢，能夠滿足遠程視頻監控的要求。