ARM平台视角下医院嵌入式数字视频监控技术应用

邯郸市第一医院 李路璐

数字视频监控系统是一门集多种技术于一身的综合系统，它被广泛应用于多个领域，其中以医院为主。在嵌入式数字视频监控技术与医院不断结合的过程中，将会使二者都朝着更加积极的方向发展。本文将对嵌入式视频监控技术的发展进行阐述，深入分析数字视频监控技术，并研究ARM平台视角下医院嵌入式数字视频监控系统设计方案，希望可以为相关部门提供一定的参考价值。

数字视频监控一直以来都是社会大众广泛关注的热点技术，由于其自身具备直观且便捷等多种特征，因而被应用于多种场所。随着信息时代的到来，图像编码技术以及信息芯片制作成本不断降低，这些都在极大程度上推动了嵌入式数字视频监控技术的发展。这种新型监控系统不仅实现了视频的数字化，还推动了应用的多媒体化以及食品管理的智能化，从严格意义来说，属于现代信息技术与视频监控技术的有机结合。

1 嵌入式视频监控技术的发展

1.1 嵌入式视频监控技术的概述

在科学技术不断发展的过程中，社会大众的生活方式也随之产生了巨大的变化，嵌入式视频监控技术的出现不仅可以满足社会大众不断增长的需求，同时也是生产生活中一个十分重要的环节。早期的监控系统仅仅是通过大型仪表对被监测对象的行为举止进行记录，在不断发展的过程中，计算机逐步实现了监控技术的监测、监督以及控制等多方面的功能。但随着生产力的不断发展，传统的监控早已不能适应各大工厂的需求，于是便根据生产的实际需求产生了监控分布式系统。这种系统以互联网技术作为基础，嵌入式设备作为载体，更好地为有需要的人服务。总的来说，我们经常将可以实现远程监控的通信媒体或者是嵌入式软硬件系统统称为嵌入式视频监控系统，应用的均是嵌入式视频监控技术。

1.2 嵌入式视频监控系统与网络多媒体的结合

嵌入式视频监控系统与网络多媒体技术进行结合，可以使其运转更为便捷、高效，进而演变成可以为社会大众服务的，十分普遍的信息交互平台。在此过程中充分利用互联网通信技术，可以实现对视频监控系统的全面管理。嵌入式视频监控系统与网络多媒体结合最大的优势便是可以充分利用我国现有的局域网资源以及广域网资源，可以让相关部门以最高的性价比来为社会大众服务。举例来说，在嵌入式视频监控技术运行的过程中，网络多媒体可以将监控系统的实际运行情况以图像的方式提供给主端服务器，并由这个服务器再逐步发送给各个客户机，进而实现嵌入式视频监控系统的分层管理。在这样的情况下，监控系统的相关工作人员就可以清晰地掌握整个监控系统的运行状况。也就是说，正是嵌入式视频监控技术拥有诸多优点，才使其进入良性循环，得以飞速发展。

1.3 前景与展望

嵌入式视频监控技术在发展的过程中经历了一场又一场的技术革新，这种技术不仅结合了现代图形图像技术，还可以为社会大众提供最为直观以及高质量的信息资源，真正做到了以社会大众的利益为优先目标。目前所说的视频监控技术主要是采用的互联网技术，在相关协议的支持下进行运作。由于嵌入式视频监控系统可以为社会大众实现信息的本地化处理，因此若是可以不断完善监控系统服务器的性能，便可以大大提高监控的质量以及范围。总的来说，嵌入式视频监控技术的发展会越来越迅速，所涉及的范围也会越来越广泛。

2 数字视频监控技术

数字视频监控系统主要以计算机技术为核心，数字处理技术为运行基础，综合利用图像数据压缩的国际标准以及图像传感器、计算机网络等多种技术的一种新型的监控系统。数字视频监控系统可以将摄像机所获得的相关信号进行转换，以便于数字视频监控系统可以将其直接输出，进而将各路信号分别储存于数字视频监控系统计算机的硬盘内或者是通过网络向其他计算机进行传输。由于数字视频信号具有一定的抗干扰能力以及效率高等特点，可以减少其在处理信号的过程当中频率资源的占用问题，同时也是因为这个原因，导致部分数字视频监控系统难以真正应用到各大领域当中。在数字视频监控技术不断发展的过程当中，只有尽可能对数字视频信号实现有效的压缩，使其在传输与存储方面保持一定的平衡，才能将数字视频监控技术的优点最大化，进而大幅度降低技术的成本，才可以促进视频监控系统的全面发展。

2.1 视频采集技术

顾名思义，视频采集就是将视频资源当中的模拟信号通过一定的技术手段进行处理转变为可以运用的数字信息，随后再将这些数字信息储存到电脑硬盘中的过程。往往这些数字的转换是通过视频采集卡上的采集芯片进行运作的。在采集的过程当中，需要对视频所产生的数字信息进行一定程序的压缩处理，若是碰到较为高档的视频采集卡，则需要依靠技术人员所研发的特殊处理芯片进行数据压缩；若是视频采集无法进行实时硬件压缩功能，便可以通过电脑上的CPU进行软件压缩处理。

2.2 视频压缩技术

H26X系列以及MPEG标准是国际当中最被广泛应用的视频编解码算法，这两种算法为视频压缩编码的标准化做出了巨大的贡献。H26X系列编码是国际上第一个视频压缩标准，这个系列往往应用于电视、电话以及会议电视，可以满足部分人群的日常需求。这个系列也可以被称为视听业务速率的视频编译码。MPEG系列编码如今已经发展到了MPEG-4，从1999年开始实施，这一系列主要针对于高质量压缩交互式操作以及自然物体与人造物体相融合的一种表达方式，在游泳的过程当中也充分强调了这个系列最为广泛的适应性以及延展性。

2.3 流媒体技术

流媒体技术指的是一种从互联网上获取音频以及视频等一些媒体数据的新型技术，这个技术可以支持多媒体数据流的实时下载以及在线回放，也就是说，可以通过服务器终端向客户端发送较为稳定并且持续地数据流。客户端的用户可以在接收数据的同时进行稳定的回放，在一定程度上减少了客户端用户的使用缺陷。具体来说，在实际运行的过程当中，流媒体在播放前可以将开始的部分存入服务器内存当中，在传送的过程当中可以进行随时播放。这种传输过程，一般是在客户端用户选择某一媒体服务之后，利用浏览器进行交换控制信息，将自己所需要的数据进行实时传输，并进行信息检索。

3 ARM平台视角下医院嵌入式数字视频监控系统设计方案

3.1 系统总体功能需求分析

以用户对产品的设计需求为基本，嵌入式视频监控设备可以具备以下基本功能。（1）可以根据用户的需求设定特定的分辨率输出率，进而使图像质量达到定制效果；（2）可以在不影响图像质量的前提下，将图像进行最大程度的压缩；（3）可以通过RS232提供设备的本地配置；（4）在系统稳定可靠的前提下，采用嵌入式操作系统。在使用嵌入式视频监控设备的功能需求时，应当具备两个方面的监控应用，分别是远程监控以及无线监控。远程监控主要应用在互联网编辑的所有网域，对于无线监控，则需要应用在电线线缆难以到位的重点场所，设备可以根据实际的监控情况形成无线设备网。系统应用场景图如图1所示。

图1 系统应用场景图Fig.1 System application scenario diagram

3.2 系统总体结构设计

3.2.1 系统硬件方案设计

从我国现有的技术来看，目前最为典型的水平监控设计方案，大多采用嵌入式处理器的方式对视频的芯片进行压缩处理，视频采集芯片在对采集到的图像信息处理之后，将其转化为数字信号，并进行压缩进而采用嵌入式处理器进行储存。从技术角度分析，使用DSP处理器对视频进行压缩处理，具有灵活性的明显特征，同时所产出的画面质量十分优异，并且在系统上系维护方面也比较容易，但这种处理器存在系统开发周期较长以及成本过高等缺点。若是采用视频压缩芯片实现硬件水平的压缩，便会存在画面质量一般系统难以维护升级的问题。

综合来看，当前许多数字视频监控的成本较高，不仅是处理器价格较高，并且视频压缩芯片的成本也过于高昂，针对于医院的具体需求分析，应当尽可能的降低成本。本设计方案主要采用USB摄像头以及嵌入式处理器的方案来组建数字视频监控系统。尽管这样图像质量可能也无法达到专用芯片的效果，但可以省去安装芯片所需要的硬件以及软件资源，可以在安装的过程当中大大的降低成本。总体设计方案如图2所示。

图2 硬件系统平台图Fig.2 Hardware system platform diagram

在这个系统当中，USB摄像头所采集的信息主要通过USB口传输给电脑CPU处理器，随后由CPU处理器对所传输的数据进行压缩打包，并通过以太网进行发送。无论是哪一种类型的监控，终端都可以通过连接互联网络来观看摄像头所拍摄到的视频信息，在这个过程中，PC机可以通过串行口对相关视频进行相应的控制。这个系统主要的功能结构可以分为两个部分，首先是嵌入式视频服务器通过相关运行实现视频图像采集，并对这些视频图像进行存储以及压缩编码工作，随后通过互联网技术的传输图像功能传输到远端主机当中；其次是PC机端可以对所采集到的视频图像数据进行解压处理，同时也可以通过信息之间的交互，对某一台设备的终端进行远程控制，比如设置摄像头采集图像过程当中的分辨率以及对比度等一些较为细节的参数等。

3.2.2 嵌入式系统硬件操作平台及开发环境

随着计算机技术、信息技术以及网络技术的发展，嵌入式技术已经逐步渗透到各个领域当中，在医院内部应用嵌入式数字视频监控技术属于大势所趋。但由于医院内部的复杂程度变化很大，因此对于嵌入式系统本身的性能以及体系结构有着十分严格的要求，这就导致所应用的嵌入式系统，必须具备多样性的特征。在众多嵌入式处理器当中，ARM嵌入式微处理器拥有体积小、功耗低、成本低以及性能高等多个特点。并且在过去几年里，ARM体系结构正在发展的过程当中逐步替代较为流行的x86处理器结构。这个处理器作为一种嵌入式应用领域的热门处理器，必将在社会大众的督促下，对自身进行不断地完善，因此可靠性较强。

ARM就属于嵌入式微处理器，其自身具备较为完整的体系结构，并且由于其自身功能消耗降低、成本使用较低及性能较高等多种特点，可以根据嵌入的对象在不同的运行当中进行自身优势的拓展。在医院当中使用这种嵌入式微处理器可以大大的减少成本，提高数字监控的性价比。也就是说，嵌入式操作系统是嵌入式系统成功运行的关键所在，这个系统往往具备较为基本的操作功能，比如任务调度中断处理以及相对应的文件功能等。在所有的操作系统当中，基于ARM平台视角的嵌入式系统拥有十分丰富的资源，并且价格低廉，因此十分适用于医院等场所。

从严格意义上来讲，嵌入式操作系统指的是操作系统的内核或者是微内核。嵌入式操作系统的出现，可以在一定程度上提高系统开发的效率，减少系统开发的整体工作量。在医院里采用嵌入式数字视频监控技术，可以使医院内部的应用程序在没有操作的情况下直接在芯片上进行运行，但为了可以更加合理的调度多个任务，医院内部的相关工作人员应当充分利用系统资源以及系统函数与数据库进行对接，也就是说必须选择嵌入式操作系统开发平台，这样才可以保证医院相关程序，在执行过程当中的可靠性以及实时性。

嵌入式系统最为核心的便是处理器。传统的嵌入式处理器可以根据实际的应用情况分为两个类别，一种是以单片机为主的微处理器。这一种的芯片产品具有较多的单片机，并且单片机体积较小，抗干扰能力较强并且使用成本较低；另外一种是注重数字化结合的数字信号处理器DSP，这种处理器可以进行快速算法，在许多数据计算领域有着运算速度快并且吞吐量大的特点。

4 结语

随着各项技术的不断发展，医院与数字视频监控的结合属于大势所趋，这种新监控技术可以为医院起到更好地辅助作用，因此在ARM平台视角下进行医院嵌入式数字视频监控技术研究时，需要根据医院的实际发展情况选择最为合适的嵌入式数字视频监控系统，了解医院日常的监控运行目的，选择最为合适的嵌入式数字视频监控处理器，促进医院的长久发展。