基于监控服务器设计与实现样本.doc

基于TMS320 DM355监控服务器设计和实现本设计以TI企业DaVinci系列芯片作为硬件平台，结合嵌入式Linux操作系统，实现了基于TMS320DM355视频服务器。本文叙述了各硬件模块选型和功效，和服务器软件架构和实现。同时给出了整个网络视频监控系统框架，包含视频服务器、网络传输链路及用户监控端。本设计采取MPEG4视频编码标准，由DM355内部MPEG/JPEG协处理器完成。试验表明，在带宽充足条件下，可实现实时监控。 1引言多媒体监控一直是大家关注应用技术热点之一，它以直观、方便、信息内容丰富等特点被广泛应用于很多场所。而伴随嵌入式系统和视频压缩技术不停发展，基于嵌入式技术视频监控系统也得到了快速发展和应用。其经过把摄像机输出模拟信号转化为数字信号，再经过嵌入式系统编码和传输。在用户端，经过安装监控软件，或直接经过Web进行监控。采取嵌入式Linux操作系统视频监控系统含有编码处理、网络通信、自动控制等强大功效，直接支持网络传输和网络管理，使得监控范围达成了一定广度。另外，嵌入式处理器发展也日新月异，有专注于控制ARM系列处理器，擅长快速计算DSP处理器，还有部分针对性很强处理器，能够实现硬件视频编解码等。而德州仪器（TI）新近推出针对便携式高清（HD）视频产品市场达芬奇（DaVinci）处理器TMS320DM355处理器，结合了它们专长。其内部含有一个ARM9EJ-S主处理器，负责整个系统控制，同时也集成了一个MPEG/JPEG协处理器，专注于MPEG/JPEG算法实现。其内部视频处理子系统（VPSS）及其它外设可方便快速实现视频采集、预处理、显示、网络传输等功效。同时，其低廉价格也为用户降低了成本。而本设计即选择此处理器。2视频监控系统整体框架本嵌入式网络视频监控系统由视频服务器、网络传输链路、用户监控端等3部分组成。视频服务器负责音视频等数据采集、压缩处理等，网络传输链路将视频服务器压缩和发送多媒体数据进行传输，而用户端监控部分接收音视频数据，进行解压、显示和对视频服务器控制等。整个系统示意图图1所表示。图1视频监控系统示意图2.1视频服务器视频服务器采取德州仪器（TI）新近推出达芬奇(DaVinci)系列处理器TMS320DM355作为主处理器，接收CCD摄像头采集视频信号，进行预处理及MPEG4压缩，然后将压缩后数据经过网络传输。同时，接收上位机发送命令，解析而且实施。每个设备全部含有唯一ID，当用户端进行连接时，服务器会首先检验ID号是否匹配，以预防恶意连接。另外，当视频服务器运行异常时，其内部守护进程会进行监视，合适时候进行重启。2.2网络传输链路网络传输链路负责多媒体数据传输。此处，能够依据实际需求，进行网络传输链路选择。局域网（LAN）、无线局域网（WLAN）、INTERNET、CDMA、3G等全部是可供选择传输链路。其中，局域网（LAN）和无线局域网（WLAN）带宽充足、稳定，而且设备简单，易于实现，但会受到距离限制。INTERNET和CDMA网络能够使监控距离得到扩展，不过其带宽受限，图像质量会受到影响。而最新3G网络也是一个不错选择，带宽在静止状态下能够达成2Mbps，不过其在稳定性方面还待测试。用户能够依据自己需求进行选择，或直接搭建专线网络，以实现各自监控指标。2.3用户监控端用户端关键和各个视频服务器进行连接，以实现监控。用户端能够采取PC机或便携式设备，和网络传输链路相连，经过上位机软件和视频服务器连接，接收视频服务器发送多媒体数据，进行解码，然后在上位机显示。同时，向视频服务器发送控制命令，实现云台、镜头等控制。3视频服务器硬件设计3.1整体框架视频服务器完成视频采集、MPEG4压缩和网络传输，和云台、镜头等控制。其硬件结构框图图2所表示。图2视频服务器硬件结构框图4.1系统上电及引导程序系统上电时，是由DM355输入引脚BTSEL1:0来决定从ROM或AEMIF开启。此设计处选择从ROM开启。此时，系统直接跳转到内部ROM起始地址（0X00008000）实施指令。内嵌ROM开启代码（RBL）进行部分配置操作，然后读取BOOTCFG寄存器来决定是从NAND、MMC/SD或UART开启。本设计选择NAND开启。NANDflash里预先烧写好了U-boot、Linux内核和根文件系统。NAND开启以后，会读取bootloaderstage1部分指令对系统进行必需设置，然后将stage2部分代码搬移到SDRAM中进行实施。当用户选择开启内核时，bootloader将内核从NANDflash里搬运到SDRAM，然后跳转到内核起始地址进行实施，开启内核。4.2嵌入式Linux操作系统嵌入式Linux操作系统是针对不一样应用需求，对Linux内核进行裁剪修改使之能在嵌入式计算机系统上运行一个操作系统。它开放源码，内核小、效率高，适适用于多个CPU和硬件平台，性能稳定，可移植性好等特点为其开辟了一片属于自己空间。本设计选择嵌入式Linux操作系统作为软件平台，实现各硬件模块驱动添加及移植，用户应用程序编写及调试。4.3用户应用程序本设计中将整个应用程序分为2个进程，data进程和command进程。Data进程关键负责音视频数据采集、压缩和网络传输。其中，又分为3个线程，capture线程、编码线程和control线程。Capture线程控制采集设备进行图像及声音采集及预处理；编码线程从capture线程读取数据，进行MPEG4（视频）或G.711（音频）压缩。Control线程从编码线程读取压缩完数据，经过网络发送给用户端。而command进程接收上位机命令，解析、实施，而且控制云台，镜头及测温等。Command进程还加入了用户ID检验等功效，提供简单保护机制。应用程序步骤图图4所表示。图4应用程序步骤图4.4MPEG/JPEG协处理器编码因为DM355内部集成了MPEG/JPEG协处理器，对于音视频编解码关键是经过它来完成。而对它操作是依靠TI企业制订基于eXpressDSP算法互用性标准（xDAIS）xDAIS-DM标准实现。此标准定义了一组统一API，这些API是建立在多种多媒体算法之上，这么即简化了集成难度，同时确保了互用性。TI提出CodecEngine就是一组用于示例和运行xDAIS算法API，而VISA（Video，Image，Speech，Audio）类是用来和xDAIS-DM算法标准定义基于多种多媒体算法API函数集进行交互接口。在应用程序编程中，经过进行以下操作来完成视频编码。打开编解码引擎：staticStringengineName=videncEngine_Handlece;Engine_Errorerrorcode;ce=Engine_open(engineName,NULL,&errorcode);视频编码类提供四个API函数：创建视频编码类：VIDENC_Handlehenc;staticStringencoderName=mpeg4enc;henc=VIDENC_create(ce,encoderName,NULL);其中ce为打开编码引擎时返回句柄。对视频编码类进行控制，设置视频编码动态参数：VIDENC_control(henc,XDM_SETPARAMS,&dynamicParams,&encStatus);处理数据，进行编码：VIDENC_process(henc,&inBufDesc,&outBufDesc,&inArgs,&outArgs);其中参数henc为创建VISA类句柄，inBufDesc为原始数据buffer，outBufDesc为压缩后数据buffer，inArgs和outArgs为输入输出配置参数。销毁创建视频编码类：VIDENC_delete(henc)；在应用程序中调用以上API，即可利用MPEG/JPEG协处理器对原始视频数据进行压缩，而音频数据压缩和这类似。 5总结 本文介绍了基于最新Davinci平台视频监控服务器设计和实现，包含硬件组成和软件设计。整个视频服务器利用DM355内部ARM926EJ-S核运行嵌入式Linux操作系统，而用MPEG/JPEG协处理器进行MPEG4编码相关计算。文中对利用MPEG/JPEG协处理器进行编码也做了介绍，同时给出了整个视频监控系统框架。经过在局域网内测试，能够实现D1格式视频实时传输，同时能够进行云台及镜头等控制。利用该系统可实现楼宇、街道等场所视频监控。 参考文件 1CodecEngineApplicationDeveloperUsersGuide 2xDAIS-DM(DigitalMedia)UserGuide 3王田苗.嵌入式系统设计和实例开发北京：清华大学出版社.10 4李善平，刘文峰，王焕龙.Linux和嵌入式系统（第2版）北京：清华大学出版社.3 5杜春雷.ARM体系结构和编程北京：清华大学出版社.8本文起源：慧聪安防网作者：中国农业大学信息和电气工程学院李熙涛 王库