基于Hi3531DV100的网络视频监控系统设计

梁瑞头 薛丙龙 李 鹏

（湖南天冠电子信息技术有限公司，湖南 长沙 410000）

随着网络信息技术以及流媒体技术的迅速发展，数字视频编解码和IP 网络传输在网络视频会议和网络监控领域已经成为了一个主要的热点。目前市面上针对网络视频监控系统设计方案多采用嵌入解决方案，具有丰富的功能、较小的体积、易于使用和维护的特点，本文提出了一种基于华为海思Hi3531DV100 芯片的嵌入式系统解决方案，并详细描述了系统硬件和软件实现方法。

1 硬件系统设计

1.1 多媒体处理器Hi3531DV100

该芯片是一款专业的多媒体处理器，主要针对多路标清和多路高清DVR 产品应用。芯片内设ARM A9 双核处理器、主频1.4GHz，集成了高性能的H.264/H.265 视频编解码器和高性能视频图像处理器，具有HDMI 和VGA 高清显示输出接口，同时还集成了丰富的外设接口,如UART、SPI、GPIO、SATA 和USB等。

1.2 硬件系统设计

硬件系统设计原理框图见图1。

图1 硬件原理框图

采用镁光公司的DDR3 SDRAM 芯片用于系统内存。Hi3531DV100 具有双通道32位 DDRC（DDR3 SDRAM Controller），固系统采用四片DDR3，每片位宽16 位，单片容量为512MB，每两片组成一个通道，每个通道32 位，总容量共2GB,用于操作系统内存和图像处理帧存。

统存储采用旺宏电子的SPI NOR FLASH，总容量32MB，与Hi3531DV100的SPI 控制器相连，用来固化系统引导代码和用户程序代码。

Hi3531DV100内置GMAC（Gigabit Media Access Controller），只需外加PHY 芯片即可实现网络通信功能。本方案PHY 芯片采用瑞昱公司的RTL8211 芯片，GMAC 和RTL8211 芯片通过RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）接口相连，接口全双工、千兆自适应。

Hi3531DV100 通过其内部SATA 接口外接SATA 硬盘，容量可选，用于视频文件的存储。

电源模块是硬件系统的核心电路，本系统采用直流12V 供电，内部通过DC-DC模块产生DC5V、DC_CORE（0.9V）、DC_CPU（1.0V）、DC_DDR（1.5V）和DC3V3 等电压，DC-DC 芯片采用TI 和MPS 电压芯片方案实现。

2 软件系统设计

视频监控器软件基于linux 操作系统和海思提供的媒体处理软件平台(Media Process Platform,简称 MPP)进行设计，MPP支持应用软件快速开发，该平台对应用软件屏蔽了芯片相关的复杂的底层处理，并对应用软件直接提供MPI（MPP Programe Interface）接口完成相应功能。

视频监控器软件采用模块化设计，包括RTSP 客户端模块、数据缓冲模块、VDEC 模块模块、VPSS 模块模块、VO 模块模块、文件存储模块和视频回放模块，见图2。

图2 软件流程图

2.1 RTSP 客户端模块

Rtsp (即时串流协定)主要用于流媒体应用程序，它提供如何在网络上实时传输音频和视频数据,并可以实现暂停和快进等控制功能。

该模块作为RTSP 客户端从网络服务器或网络摄像头获取视频流，每接收到一帧数据后就传送给数据缓存模块。

2.2 数据缓存模块

数据缓存模块负责视频流的缓存，确保数据不溢出和播放的流畅性。该模块基于环形队列数据结构设计，数据从队列尾写入，从队列头读出，当尾指针等于头指针时，表示环形队列数据空，当（尾指针+1）取模队列最大长度后等于头指针时，表示环形队列数据满，见图3。

图3 环形队列

2.3 VDEC 模块

Hi3531DV100 内置视频解码器，该解码器支持MPEG4、H.264 和H.265 等协议，视频解码单元由VFMW（Video Firmware）和视频解码引擎构成，VFMW 从上层软件接收码流，对码流进行解析，然后调用视频解码引擎产生解码图像序列。

VDEC 软件模块的工作是初始化视频解码器硬件参数并启动解码器工作，同时创建一个线程，线程采用轮询方式从数据缓存模块或者视频回放模块读取视频流给VFMW，再由视频解码引擎解码图像。

2.4 VPSS 模块

Hi3531DV100 集成了一个视频处理子系统，该子系统负责对输入图像进行处理，如去噪、去隔行、缩放、锐化等。

VPSS 软件模块的工作是初始化视频处理子系统硬件参数并启动硬件工作，然后VPSS 模块从VDEC 模块获取解码图像进行处理。

2.5 VO 模块

Hi3531DV100 内部集成了视频显示处理模块，该模块负责视频图像的输出，视频显示处理模块支持视频层和图像层叠加，该模块从帧存读取视频数据和图像数据进行叠加处理，然后输出，输出接口有HDMI 和VGA。

VO 软件模块的工作是初始化视频显示处理模块的硬件参数，并启动硬件工作，视频显示处理模块从帧存读取图像数据和图形数据进行叠加处理，然后通过视频接口输出显示。

2.6 视频文件存储模块

RTSP 客户端接收的视频流为裸流，一般播放器不支持裸流播放，通常需要对裸流进行封装，封装格式有AVI、MP4、TS 等，这样播放器可正常识别播放。该模块的主要作用就是负责视频流格式封装，封装后的数据存储到硬盘，方便后续播放和管理。

2.7 视频回放模块

3 系统测试

基于Hi3531DV100的网络视频监控系统运行后照片如图4，系统测试表明：监控画面清淅、稳定、无抖动，能正确监控网络摄像头所监控角落的视频信息，达到既定的效果。

图4 监控画面

4 结论

该网络视频监控系统以Hi3531DV100 为控制核心，通过RTSP 协议从网络服务器或网络摄像头获取视频数据，然后经视频解码后由VDH 硬件模块输出显示，同时本系统可本地回放记录的视频，通过模块化设计，在不增加硬件资源的情况下，通过软件扩展可增加监控视频路数，具有较好的扩展性。