综合嵌入式视觉与网络智能通信的监控系统

2014-10-10张卓

长春工业大学学报 2014年4期

张卓

（长春工业大学人文信息学院，吉林长春 130122）

0 引言

随着社会的发展，人民生活水平的提高，安全防范观念已经从企事业单位扩展到了普通家庭。与此同时，网络、微电子、光电、通信等高新技术飞速发展，安防系统也随着这个浪潮由原来的模拟产品逐步过渡到数字化、网络化监控产品和智能安防系统。本系统可以为各行各业的安全发展保驾护航。特别是在基于网络的远程视频看护、巡查、智能预警、报警方式等方面有着广泛的市场。

1 系统整体设计

传统的视频监控系统主要实现监控室实时查看、视频录像存储。在传统的监控模式下，保安人员需要监视太多的视频画面，远远超出人的接受能力，导致实际监控效果低下。实验结果表明，在盯着视频画面仅仅22min之后，人眼将对视频画面里95%以上的活动信息视而不见。因此，需要智能视频预警功能来改善监控效果，同时减轻监控人员的负担。本系统由前段Zigbee无线传感网络、WiFi无线传输网络、RFID、智能传感器、智能视频感知系统、智能声音感知系统等部分组成。

系统结构示意图如图1所示。

图1 系统结构示意图

2 关键点模块化设计

2.1 前段无线传感网络

微处理器采用 MSP430系列是德州仪器（TI）开发的一种16位总线的单片机，由于其超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Proces－sor）设计和较高性价比。它可以在线对单片机进行调试下载（JTAG口与FET相连），不需另外的仿真工具，简洁实用。在低功耗模式下工作，不仅节约能量，而且对人体和环境的辐射非常小［1］。MSP430F149芯片引脚图如图2所示。

图2 MSP430F149芯片引脚图

MSP430F149采用QFP塑料方型扁平式封装，芯片引脚之间距离很小、管脚很细。这种形式封装的芯片通常采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。

射频收发模块是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的CC2420芯片模块。该器件使用0.18μm CMOS工艺制成，具有高集成度，包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16MHz晶振等很少的外围电路。基于Chipcon公司的SmartRF 03技术，选择性和敏感性指数超IEEE802.15.4标准的要求。通过SPI接口与微处理器相连，可确保短距离通信的有效性和可靠性。CC2420是超低电流消耗和高接收灵敏度RF模块，在发射时电流19.7mA，接收时17.4mA，其灵敏度为－99dBm，在IEEE802.15.4MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bit CRC校验、电源检测、完全自动 MAC层安全保护（CTR，CBC－MAC，CCM），干扰能力强（39dB）采用O－QPSK调制方式。CC2420与外部连接电路如图3所示［2］。

图3 CC2420应用电路（带有差分天线）

2.2 智能视频感知分析系统

采用TI最新Davinci系列高性能视频处理与图像分析芯片，结合ARM 核心与TI DSP核心的异类处理（heterogeneous－processing）架构。支持标准应用编程接口（Application－Programming Interface，API），这些API把驻留在每个核心的代码开发和执行都封闭（encapsulate）和隔离起来。我们在日常程序设计时可以熟悉的使用以ARM核心为目标的工具，不必成为DSP专家就能利用整合的DSP核心［3］。Davinci使用属于TI第三方网络的一部分，且符合eXpressDSP的算法，并且都支持一种主要的执行模式，它让ARM扮演主控者（master）的角色，把DSP代码当作协处理器或一种从属的角色。除完成视频编码功能外，增加了视频智能分析功能，实现前端的智能感知与机器视觉；智能分析功能依据现场需求灵活可选，视频智能分析相关的参数设置界面友好、操作简单［4－5］。

2.3 数据管理平台

视频服务端软件是新一代大型智能预警监控管理平台，尤其是监控版平台的开发，采用高性能、高稳定性的MySQL数据库，便于为用户构建跨区域、跨网络大型智能监控系统，同时提供完整的解决方案。只需将此平台运行在PC机或者标准服务器上，就构建出了网络预警监控系统后端的NVR（Net Video Recoder）。网络视频服务器的特点是存储为主，显示为辅；具备基于网络的分布式视频站点集中管理，后端登录用户权限管理功能，还具有强大的智能报警功能，如短信实时报警、语音实时报警、视频弹出报警；同时还担任视频实时转发服务的角色，采用加密传输，严格保证视频数据安全。