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摘 要：该文设计的家庭安防系统，以物联网设计架构为基础，以TMS320DM6446为硬件平台，实现了感知层、传输层和应用层的设计。以互联网为数据传输的媒介，应用蓝牙、Wifi技术建立局域网络，应用现在迅猛发展的3G技术建立广域网，实现数据的传输。使用Android平台进行手机端的开发，实现对远端得到的视频信息进行播放、控制。
关键词：TMS320DM6446 物联网 无线网络 Android手机
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2013）05（b）-0033-02
智能视频监控是一种高端的视频监控应用，它能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，这其中最需要防范的就是人为的恶意侵犯（如盗窃、抢劫等），这些都对人们的正常生活造成了不良影响，我们认为设计出了一套智能家庭安防系统是非常必要的。智能视频监控具有广阔的市场前景，可应用于交通管理、安全防护、实时监控等领域[1]。
嵌入式应用系统具有便携、低功耗、应用领域广泛等独特优势。TI公司所推出的基于达芬奇技术的芯片TMS320DM6446为各种网络化的数字视频编解码应用提供片上系统硬件平台，是一款功能强大的嵌入式数字多媒体处理器[2]。结合现有的蓝牙、Wifi、3G无线通信技术对视频图像高清采集、传输，进而监控和识别不同种类的物体，能及时发现和处理远程监控现场中的异常情况。本文将嵌入式技术、无线通信技术及物联网设计框架相结合，实现探头与人，探头与报警系统之间的联动，将家庭火灾消灭在萌芽状态及对室内经行实时监控防止盗窃案件的发生。
1 系统总体框架
系统的总体结构以物联网[3]三层设计结构为基础：感知层、网络层和应用层。
系统总体结构图如图1所示。主要包括前端采集模块、数据处理模块（感知层），无线传输模块（传输层），终端监控模块（应用层）。
（1）感知层
前端采集模块实现的主要功能是从要监控的现场采集信息主要是视频信息；该模块中另外部分是进行控制，这涉及到另外的控制设备，此模块支持不同同的压缩比的图像大小。
数据处理模块的功能是将前端设备采集来的信息进行相应地处理（如将信息转码处理）并储存处理后的信息，待终端需要时再进行传送。
（2）传输层
通过感知层将室内的信息，通过处理器，经过互联网将数据传输到信息服务器端，进行数据的存储。利用2G无线网络传输网络如蓝牙、Wifi建立局域网，实现数据短距离的传输，可应用到小區监控。利用3G无线网络建立广域网实现区域内的数据的传输。这样可以实现局域网和广域网的搭建，这样可以实现服务器与手机端（应用层）数据的传输和信息的交互。
（3）应用层
应用层使用Android平台进行开发，Android[4]是Google最新推出的手机开发平台，用户可以下载Android开发包在其自己的PC机上进行开发。且是完全免费下载。我们开发的应用软件可以实现服务器端与客户端的双向通行，将室内信息展示给用户及对服务器端进行设置。
2 硬件与软件设计
2.1 硬件设计
本设计的硬件系统采用模块化设计，系统由多个模块组成，根据功能的不同主要有系统模块、视频输入输出模块、存储模块、10/l00M自适应以太网物理层电路模块、蓝牙、Wifi、3G无线路由模块、手机视频播放模块，硬件总体设计结构图如图2所示：
系统模块的核心芯片为TMS320DM 6446，TMS320DM6446是TI公司推出的高集成度视频处理芯片（以下简称DM6446）[5]，DM6446基于达芬奇技术，包括ARM核与DSP核。由于DM6446是ARM和DSP双核结构SOC（SystemOnChip）芯片，对芯片与外界的交互是通过ARM端的Linux和相关驱动与应用程序来管理，DSP端只处理相应的算法。DaVinci技术主要通过共享存储器和部分外设的方式巧妙地解决了两个内核间资源的分配、共享以及通信的问题。系统包含一个ARM子系统、一个DSP子系统和一个视频处理子系统VPSS，同时还带有一个图像协处理器VICP和各种丰富外设，如图3.
视频输入输出模块：DaVinci视频输入部分主要由TVP5146组成，TVP5146是一款高质量、单芯片数字视频解码器，完成A/D[7]。TVP5146还能将NTSC、PAL、SECAM模拟视频信号转换为YCbCr格式视频信号。TMS320DM6446通过I2C总线访问TVP5146的内部寄存器。
存储模块：TMS320DM6446内部集成了DDR2总线控制器，并设计有DDR2使用的32位字长的数据总线。DDR2控制信号有行地址和列地址锁存信号、写锁存信号、数据锁存信号、数据掩码信号等[8]。
以太网模块：TMs320DM6446内核中包含以太网媒体访问控制器（EMAC）和物理层数据输入输出管理模块（MDIO）。EMAC模块用以支持相同网络间不同主机的数据流传递，用于控制系统与物理层（PHY）之间的数据包流，它由ARM核控制；这里选用Intel的LXT971ALE单芯片以太网物理收发器。
无线路由模块：本设计采用大唐公司的MR-900W无线3G路由器。MR-900W为高速WCDMA3G路由器，工作在中国联通网络下，具有高速上网与高速视频、数据传输能力。
手机播放模块：基于Android系统手机，集成了蓝牙、Wifi、3G无线网络。
2.2 软件设计
本系统的软件设计主要包含三部分内容，一是嵌入式Linux系统平台的搭建以及主要设备驱动代码的编写与调试；二是对视频编解码引擎CodecEngine的编译和使用，以及H.264编解码算法的设计和移植；三是使用Java语言GUI，实现对监控图像的播放。 （1）系统搭建与驱动代码编写
第一部分嵌入式系统平台的搭建主要是通过对标准Linux内核经过裁减、重新编译、配置以及烧写启动代码Bootloader的方式实现的；驱动代码的编写则采用汇编和C混合编程的方法。驱动程序主要包括：视频采集驱动，即摄像头获取原始视频数据，图4为视屏采集流程图；以太网驱动：蓝牙、Wifi、3G模块驱动。
（2）编解码引擎（CodecEngine）
在视频编解码部分，需要使用DaVinci开发框架的CodecEngine技术[9]。CodecEngine技术概念是一套API，用于运行TMS320数字信号处理器算法标准（xDAIS）算法，同时也提供了与xnM兼容的VISA（video，Imaging，speech，audio）接口，通常以库的形式发布。
（3）H.264视频编解码
H.264是最新一代视频编码标准，与以前的算法不同的是它采用了很多先进的技术，其中包括：视频高压缩技术，标量量化技术等，采用H.264视频处理算法对采集视频进行处理，并对视频算法进行中的代码、结构以及编译器进行了相关的优化，从而提高了图像质量和监控系统的性能[10]。
（4）手机播放器
开发环境Eclipse，使用Java语言，利用ADI開发套件，进行视频播放器开发。此款软件还可以根据用户的需求即调用具体时间、时间段内的视屏。
3 系统实现
摄像头以每秒25帧采集视频，分辨率为720X480。系统硬件上电启动完成后，先ARM控制摄像头采集视频，然后通知前端进行预处理，之后发送到DSP中实现H.264编码，将编码后的信息存储在信息服务器，通过蓝牙、Wifi、3G，进行数据的传输。打开手机端的播放器，将启动网络数据接收、H.264解码及显示的线程。图5为采集到并在手机上播放的视屏。
4 结语
针对智能视频监控系统的要求，在达芬奇DM6446平台上实现无线视频智能监控系统，以物联网设计框架为基础，提出了系统的硬件设计方案与软件工作流程，并对硬件平台及软件应用进行了实现，最后对实现的系统进行测试，测试结果表明系统满足监控的要求。
参考文献
[1] 秦华.基于达芬奇平台的无线视频智能监控系统设计[J].软件导刊，2011，10（8）.
[2] 赵剑宇，郭继昌.基于DM6446的多目标运动检测与跟踪系统[J].电子测量技术，2011，34（9）.
[3] 杨金玲，柴颖，狄红卫.基于DM6446的智能视频监控系统的设计[J].电子测量技术，2010，33（3）.
[4] TexasInstruments.TMS32ODM6446DigitalMedia System-on-Chip，2006.
[5] Androidprojectofficial.Androidproject[EB/OL].
关键词：TMS320DM6446 物联网 无线网络 Android手机
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2013）05（b）-0033-02
智能视频监控是一种高端的视频监控应用，它能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，这其中最需要防范的就是人为的恶意侵犯（如盗窃、抢劫等），这些都对人们的正常生活造成了不良影响，我们认为设计出了一套智能家庭安防系统是非常必要的。智能视频监控具有广阔的市场前景，可应用于交通管理、安全防护、实时监控等领域[1]。
嵌入式应用系统具有便携、低功耗、应用领域广泛等独特优势。TI公司所推出的基于达芬奇技术的芯片TMS320DM6446为各种网络化的数字视频编解码应用提供片上系统硬件平台，是一款功能强大的嵌入式数字多媒体处理器[2]。结合现有的蓝牙、Wifi、3G无线通信技术对视频图像高清采集、传输，进而监控和识别不同种类的物体，能及时发现和处理远程监控现场中的异常情况。本文将嵌入式技术、无线通信技术及物联网设计框架相结合，实现探头与人，探头与报警系统之间的联动，将家庭火灾消灭在萌芽状态及对室内经行实时监控防止盗窃案件的发生。
1 系统总体框架
系统的总体结构以物联网[3]三层设计结构为基础：感知层、网络层和应用层。
系统总体结构图如图1所示。主要包括前端采集模块、数据处理模块（感知层），无线传输模块（传输层），终端监控模块（应用层）。
（1）感知层
前端采集模块实现的主要功能是从要监控的现场采集信息主要是视频信息；该模块中另外部分是进行控制，这涉及到另外的控制设备，此模块支持不同同的压缩比的图像大小。
数据处理模块的功能是将前端设备采集来的信息进行相应地处理（如将信息转码处理）并储存处理后的信息，待终端需要时再进行传送。
（2）传输层
通过感知层将室内的信息，通过处理器，经过互联网将数据传输到信息服务器端，进行数据的存储。利用2G无线网络传输网络如蓝牙、Wifi建立局域网，实现数据短距离的传输，可应用到小區监控。利用3G无线网络建立广域网实现区域内的数据的传输。这样可以实现局域网和广域网的搭建，这样可以实现服务器与手机端（应用层）数据的传输和信息的交互。
（3）应用层
应用层使用Android平台进行开发，Android[4]是Google最新推出的手机开发平台，用户可以下载Android开发包在其自己的PC机上进行开发。且是完全免费下载。我们开发的应用软件可以实现服务器端与客户端的双向通行，将室内信息展示给用户及对服务器端进行设置。
2 硬件与软件设计
2.1 硬件设计
本设计的硬件系统采用模块化设计，系统由多个模块组成，根据功能的不同主要有系统模块、视频输入输出模块、存储模块、10/l00M自适应以太网物理层电路模块、蓝牙、Wifi、3G无线路由模块、手机视频播放模块，硬件总体设计结构图如图2所示：
系统模块的核心芯片为TMS320DM 6446，TMS320DM6446是TI公司推出的高集成度视频处理芯片（以下简称DM6446）[5]，DM6446基于达芬奇技术，包括ARM核与DSP核。由于DM6446是ARM和DSP双核结构SOC（SystemOnChip）芯片，对芯片与外界的交互是通过ARM端的Linux和相关驱动与应用程序来管理，DSP端只处理相应的算法。DaVinci技术主要通过共享存储器和部分外设的方式巧妙地解决了两个内核间资源的分配、共享以及通信的问题。系统包含一个ARM子系统、一个DSP子系统和一个视频处理子系统VPSS，同时还带有一个图像协处理器VICP和各种丰富外设，如图3.
视频输入输出模块：DaVinci视频输入部分主要由TVP5146组成，TVP5146是一款高质量、单芯片数字视频解码器，完成A/D[7]。TVP5146还能将NTSC、PAL、SECAM模拟视频信号转换为YCbCr格式视频信号。TMS320DM6446通过I2C总线访问TVP5146的内部寄存器。
存储模块：TMS320DM6446内部集成了DDR2总线控制器，并设计有DDR2使用的32位字长的数据总线。DDR2控制信号有行地址和列地址锁存信号、写锁存信号、数据锁存信号、数据掩码信号等[8]。
以太网模块：TMs320DM6446内核中包含以太网媒体访问控制器（EMAC）和物理层数据输入输出管理模块（MDIO）。EMAC模块用以支持相同网络间不同主机的数据流传递，用于控制系统与物理层（PHY）之间的数据包流，它由ARM核控制；这里选用Intel的LXT971ALE单芯片以太网物理收发器。
无线路由模块：本设计采用大唐公司的MR-900W无线3G路由器。MR-900W为高速WCDMA3G路由器，工作在中国联通网络下，具有高速上网与高速视频、数据传输能力。
手机播放模块：基于Android系统手机，集成了蓝牙、Wifi、3G无线网络。
2.2 软件设计
本系统的软件设计主要包含三部分内容，一是嵌入式Linux系统平台的搭建以及主要设备驱动代码的编写与调试；二是对视频编解码引擎CodecEngine的编译和使用，以及H.264编解码算法的设计和移植；三是使用Java语言GUI，实现对监控图像的播放。 （1）系统搭建与驱动代码编写
第一部分嵌入式系统平台的搭建主要是通过对标准Linux内核经过裁减、重新编译、配置以及烧写启动代码Bootloader的方式实现的；驱动代码的编写则采用汇编和C混合编程的方法。驱动程序主要包括：视频采集驱动，即摄像头获取原始视频数据，图4为视屏采集流程图；以太网驱动：蓝牙、Wifi、3G模块驱动。
（2）编解码引擎（CodecEngine）
在视频编解码部分，需要使用DaVinci开发框架的CodecEngine技术[9]。CodecEngine技术概念是一套API，用于运行TMS320数字信号处理器算法标准（xDAIS）算法，同时也提供了与xnM兼容的VISA（video，Imaging，speech，audio）接口，通常以库的形式发布。
（3）H.264视频编解码
H.264是最新一代视频编码标准，与以前的算法不同的是它采用了很多先进的技术，其中包括：视频高压缩技术，标量量化技术等，采用H.264视频处理算法对采集视频进行处理，并对视频算法进行中的代码、结构以及编译器进行了相关的优化，从而提高了图像质量和监控系统的性能[10]。
（4）手机播放器
开发环境Eclipse，使用Java语言，利用ADI開发套件，进行视频播放器开发。此款软件还可以根据用户的需求即调用具体时间、时间段内的视屏。
3 系统实现
摄像头以每秒25帧采集视频，分辨率为720X480。系统硬件上电启动完成后，先ARM控制摄像头采集视频，然后通知前端进行预处理，之后发送到DSP中实现H.264编码，将编码后的信息存储在信息服务器，通过蓝牙、Wifi、3G，进行数据的传输。打开手机端的播放器，将启动网络数据接收、H.264解码及显示的线程。图5为采集到并在手机上播放的视屏。
4 结语
针对智能视频监控系统的要求，在达芬奇DM6446平台上实现无线视频智能监控系统，以物联网设计框架为基础，提出了系统的硬件设计方案与软件工作流程，并对硬件平台及软件应用进行了实现，最后对实现的系统进行测试，测试结果表明系统满足监控的要求。
参考文献
[1] 秦华.基于达芬奇平台的无线视频智能监控系统设计[J].软件导刊，2011，10（8）.
[2] 赵剑宇，郭继昌.基于DM6446的多目标运动检测与跟踪系统[J].电子测量技术，2011，34（9）.
[3] 杨金玲，柴颖，狄红卫.基于DM6446的智能视频监控系统的设计[J].电子测量技术，2010，33（3）.
[4] TexasInstruments.TMS32ODM6446DigitalMedia System-on-Chip，2006.
[5] Androidprojectofficial.Androidproject[EB/OL].