基于无线网络的视频监控系统设计

宋艳芳 钟广静 / 山东协和学院

基于无线网络的视频监控系统设计

宋艳芳 钟广静 / 山东协和学院

随着计算机技术、无线通信技术和图像编解码技术的成熟和发展，视频监控系统不再局限于传统的有线网络环境，本文设计和实现了基于ARM9和Linux操作系统的嵌入式视频监控系统，实现视频图像的采集、压缩和传输。文章结合嵌入式技术、图像处理技术和网络技术，设计了一种基于嵌入式的网络视频监控系统。

无线网络；视频监控系统

1.引言

随着工业技术的不断发展，以及人对安全防范意识的逐渐加强，视频监控系统已经成为人们在生产、生活中必不可少的一部分。特别是近年来，随着计算机技术的发展、宽带的普及、图像处理技术的提高，视频监控在越来越广泛地渗透到教育、娱乐、医疗、运动等各个领域。视频监测系统已经成为当今可视化领域的一个新的开发热点。许多应用领域对于视频监控系统提出了更高更新的要求，如何经济有效地实现特定环境所需的监控功能，给我们提出了新的课题。

2.基于无线网络的视频监控终端系统组成

视频监控终端由摄像头、微控制器、无线模块和监控等单元组成。主要实现对监视终端所在场景的安防信息采集和图像的无线上传，并可以响应服务器对其发送的各种控制信息，终端根据接收到的这些控制信息，完成相应的操作。

（1）通过摄像头驱动模块从摄像头捕获视频信息；

（2）微控制器能采集视频信息和监控信息；

（3）微控制器根据服务器的命令完成监控信息和图像上传；

（4）微控制器根据服务器的命令对监控终端进行控制。

3.无线视频监控系统终端硬件电路组成及原理

嵌入式视频监控系统的硬件平台作为整个系统功能实现的载体，是系统最关键的部分，硬件系统的优劣直接决定系统的性能，而且硬件平台一旦设计完成,就很难甚至无法修改的，因此硬件平台的设计或者选择必须非常谨慎。在硬件电路设计之前,首先完整的需求分析，清楚系统需要完成的整个工作过程，包括所有的功能模块实现，硬件平台必须有系统功能实现的所有模块，而且必须考虑系统精度参数上要求，如工作频率、采样速率、传输速率、最大容量等方面。根据本监控系统应用需求分析，系统主要是完成远程视频监控，功能包括图像釆集、图像压缩编码，无线传输等，根据系统所需要完成的任务，本系统采用三星公司的ARM9 S3C2440作为系统硬件平台的主要部分，并且根据功能需要添加相应的功能模块，通过开发板的相关应用接口连接这些模块。

3.1 控制模块

根据系统的性能要求，设计采用三星公司S3C2440作为系统的微处理器。S3C2440可以稳定运行WinCE和Linux操作系统；处理器主频400MHz，使其处理能力可以完成视频压缩计算量较大的应用；由于视频监控终端计算量很大，占用大量内存空间，系统支持扩展存储器，最大可扩展1G内存空间；处理器含有丰富的片内资源；强大的网络支持功能；技术支持多，价格便宜。

3.2 视频采集模块

在监控系统中，不同类型的网络摄像机会形成不同的结构和功能。目前数字网络摄像头已经广泛应用，并且内置了数字视频压缩编码等功能，通过桥接器进行传输数字信号。随着视频监控技术的发展，出现了一些具有新功能的无线网络摄像机，其内部集成了摄像头和无线桥接器的功能，独立就可以完成视频数据采集、编码、压缩、数据传递等功能。本文所设计的系统主要是面向低成本、对视频内容分析功能较为简单的应用场合，如家庭、小区的入侵检测，财产监控等。此种场合下，突发状况很少，大部分情况下产生的视频数据都是垃圾数据，并没有任何价值，真正有意义的数据是报警及事件触发前后的相关视频。因此对于数据量的需求较低，可以通过在平时状态下，将只对视频做分析并不对其进行存储，而一旦发生事件或报警，系统将自动存储报警及事件触发前后的视频。这样可以节省大量的存储资源，在前端设备里有一块定量大小的Flash就完全可以满足需求。据以上分析，本文将选用将视频采集、分析、存储、传输整合为一体的CMOS摄像头CAM130模块。

3.3 无线传输模块

无线传输设备GPRS模块主要是通过串口与嵌入式平台连接，两者间的相互通信都是通过RS232串口进行的，最高通信速度可以达到115200b/s，嵌入式Linux平台下的串口程序设计也是无线传输设备驱动设计的一部分，设计串口驱动程序主要是保证嵌入式平台与GPRS模块的正常通信，主要是嵌入式平台对GPRS模块的控制，GPRS模块都支持AT指令集，因此应用软件只需要使用这些指令集编写相应的应用程序可以控制模块，并且可以将需要发送的数据送到GPRS模块，通过AT指令集控制信号的发送。串口接口电路图如图1所示：

图1 串口接口电路图

图2 LCD接口电路图

3.4 LCD接口电路设计

考虑系统工作环境复杂性和工作人员能够在现场及时检查设备，掌握设备的运行情况，本系统在监控终端设计了 LCD 显示电路。LCD接口电路如图2所示，它能够在液晶模块上显示无线模块当前的运行模式、日期时间等参数。它具有灵活多变的接口方式和简单、方便的操作指令，即可显示图形。同时它低电压和低功耗的特性满足系统的需求，在硬件电路设计上和显示程序上与其它同类型的显示模块相比要简洁的多，并且成本也要低，所以本系统将选用此模块来负责系统的显示工作。

4.结论

本文设计了基于ARM的远程视频监控系统，通过减少数据量方面的研究，设计嵌入式Linux平台的软件视频压缩方式，在一定程度上控制数据量，在网络环境好的的条件下可以实现图像的传输，但是传输视频的过程的压力很大，实时性不够，这个是有待解决的问题之一。

[1]韩亚东.基于GPRS技术的无线远程监测系统的研究与设计[D].武汉:武汉理工大学,2009.

[2]刘鹏飞，岳磊，杨玉东.现代通信网络技术丛书：GSM网络优化理论与实践.北京：人民邮电出版社，2013.

[3]Regis J. Bates. GPRS - General Packet Radio Service. McGraw-Hill Inc.US，2001.

[4]李忠民，杨刚，顾亦然，等.ARM嵌入式VxWorks实践教程.北京:北京航空航天大学出版社.2006.

[5]李大为.Windows CE工程实践完全解析.北京:中国电力出版社.2008.

[6]侯树静.基于无线局域网的嵌入式视频监控系统研究[D].南京:河海大学,2007.

注：

2015年全国大学生创新训练项目，编号：201513324003。