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【摘 要】随着嵌入式技术、无线通信技术和流媒体技术的发展，基于嵌入式移动终端设备和无线网络的远程视频监控已经成为监控研究领域的热点。针对实现移动视频监控系统面临实时性高、运算量大、可用带宽有限的挑战，提出一种新颖的以TIDavinci技术为支持、TMS32O DM6446为基础的解决方案；采用H.264视频编码标准和3G无线传输技术，实现了视频的实时编码与传输；完成了相应软硬件设计，并通过3G网络实现了移动视频监控的功能。该方案具有实时性高、性能优越、体积小、成本低的特点。
【关键词】TMS32O DM6446；DaVinci技术；3G通信技术；视频监控
1.无线视频监控系统总体设计
本系统采用的是由达芬奇处理器、视频解码器、DDR2 SDRAM、NOR FLASH、3G芯片加上外围接口芯片的设计方案。CCD摄像机将采集的模拟视频信号传入视频解码器内进行处理，符合ITU-BT.656标准的数字视频信号被传到DM6446视频处理子系统的前端进行预处理，再经过Codec Engine调用H.264编码后通过USB2.0总线端口送入3G无线网络传输芯片，通过无线网络传输到远程视频监控中心，从而实现了对监控点现场的实时视频图像监控。DM6446上的DSP端主要负责视频编解码工作，ARM端作為视频解码芯片、3G无线网络传输芯片和外围接口芯片的控制器。
2.硬件设计
2.1 视频前端处理模块
视频前端处理模块选用了TI公司推出的专门用于视频解码的芯片 TVP5146，TVP5146芯片采用PLL转换芯片提供14.31818MHz时钟作为输入，1.8V数字、模拟电压，IO端连接3.3V参考电压，提供1路视频图像信号输入通道，该芯片的YOUT[0：7]与DM6446的VPORT0端口的8位数据总线相连。
2.2 音频模块
DM6446集成有音频数据流的双向McBSP通道。通过设置采样频率、采样宽度、串行数据格式可以支持多种音频格式。本设计采用TI的TLV320AIC33立体声编／解码器，可对超小型驻极体话筒的模拟数据进行采样、编码，也可将数字音频输出在迷你扬声器上。
2.3 3G通信模块
系统将DM6446内部的经过处理的数据通过USB接口传入到无线网络传输模块，然后通过无线网络发送出去，从而实现了3G无线网络传输功能。3G无线传输模块选用了中兴公司的MC8630芯片，该芯片是基于CDMA2000 的3G无线网络标准，并在内部集成了USB2.0控制器，可以直接将VBUS引脚、D+引脚以及D-引脚直接与USB连接器相连。
2.4 红外探测模块和PTZ控制模块
为实现防盗报警功能，本设计采用德国BOSCH公司的DS835iT红外微波防盗探测器，它采用先进的信号处理技术，提供了超高的探测和防误报性能。通过探测区域时，探测器将探测区域内人体的活动，如有动态移动现象，它则向控制主机发送报警信号，探测器会忽略体型较小活动的探测。该模块一旦检测到人体活动，立刻发送脉宽为3s、幅值为3.3V的脉冲。该脉冲可以通过GPIO通道传送到DM6446中ARM处理器，引发中断，进行相应的采集、保存视频、进行事件报警等处理 。
PTZ的调节采用步进电机调节，在额定功率范围内，电机的转速只取决脉冲信号的频率和脉冲数。而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。DM6446有三个PWM脉宽调制器，可以产生所需的脉冲序列，PWM0用做音频时钟信号的生成，PWM1、PWM2未用。本设计使用PWM1、PWM2产生进行平移（pan）、倾斜（til1）的步进电机的控制信号，输入步进电机驱动控制芯片，通过 PCR、START、RPT、PER、PHID、CFG寄存器的设置实现。对于焦距（zoom）控制，采用PIOV33—11引脚设置为输出，控制焦距调整步进电机。
2.5 软件设计
视频显示端 （手机端）采用瘦客户端设计，其开发环境为Samsung i9300手机+Linux操作系统+J2ME编程环境和无线开发包WTK2.0，显示及相应控制。
视频采集端（服务器端）是基于TIDaVinci技术进行软件开发的。DaVinci技术是 TI公司为数字视频提供的一种集成解决方案，它包括高度集 成硅芯片、优化的API应用接口、ARM／DSP集成的开发环境 CCS3．2（codec composer studio）和系统解决方案等。服务器端软件设计主要包括以下几部分工作：
a）Linux裁减移植。由于目前DM6446只支持Linux嵌入式操作系统，本设计采用MontaVista提供的基于Linux2.6.10内核的Monta Vista Linux专业版4．0。该操作系统具有实时性高、可抢占式多任务并发的特点 ，能够充分利用系统资源，完成多任务调度。
b）CGI程序。本设计通过Apache Web server下的CGI（通用网关接口）程序实现外部扩展应用程序与Webserver交互，给Web服务器提供一个执行外部程序的通道。CGI程序由客户端软件发送的基于 HTrP协议的请求和命令触发，然后将客户端的请求和命令传给服务器应用程序；在服务器应用程序完成相应操作后，CGI程序将结果返回给客户端。
c）H.264编码器。这是软件设计关键环节，采用具有高压缩率、无线传输容错性好的H.264作为编码方案，在带宽有限的GPRS上实现视频传输。本设计利用TI高度优化的C64x+IMGLIB提供的图像／视频处理函数进H.264编码器设计实现。
d）其他程序设计。传输模块利用处于TCP／IP上层RTP／RTCP（实时传输与控制协议）将H．264的码流传送到客户端；3G通信程序负责短信的收发、3G的连网工作；运动检测、红外检测模块完成入侵检测工作。
3.实验结果
本设计以TI的TMDXEVM6446视频评估模块为中心，配以TM9T001CMOS摄像头传感器、DS835iT红外微波探测模块、3G通信模块等搭建设计原型，完成设计目标。利用Samsung i9300手机发送短信给采集终端，采集终端接到短信后进行3G连接，连接成功后将获得动态IP以短信形式通知手机（短信发送时间1—5s，3G连接时间2—3s，获得IP时间平均约为12s），手机通过该IP地址登录监控终端的web服务器，进行身份验证、参数设置、FFZ控制和视频查看。目前基于H.264的视频编／解码器正处在优化当中，目前3G带宽下可实现50～100fps的图像。在防盗模式下，当监控终端检测到有人人侵，立刻存储视频图像，同时连接3G，发送短信通知手机用户进现场进行监看。
4.结束语
本文提出一种新颖的基于TIDM6446的3G嵌入式视频监控系统的设计方案。该系统实现了身份验证、参数设置、FFZ控制、事件报警、视频监看、音频通信、信息存储等功能，可广泛应用于家居看护、车库监控、远程指挥、办公监控等场所。随着我国3G网络的普及，H.264编／解码器软硬件实现和智能手机处理能力的提高，该系统会提供质量更高、价格更便宜的移动视频监控，有着非常广泛的应用前景。
【关键词】TMS32O DM6446；DaVinci技术；3G通信技术；视频监控
1.无线视频监控系统总体设计
本系统采用的是由达芬奇处理器、视频解码器、DDR2 SDRAM、NOR FLASH、3G芯片加上外围接口芯片的设计方案。CCD摄像机将采集的模拟视频信号传入视频解码器内进行处理，符合ITU-BT.656标准的数字视频信号被传到DM6446视频处理子系统的前端进行预处理，再经过Codec Engine调用H.264编码后通过USB2.0总线端口送入3G无线网络传输芯片，通过无线网络传输到远程视频监控中心，从而实现了对监控点现场的实时视频图像监控。DM6446上的DSP端主要负责视频编解码工作，ARM端作為视频解码芯片、3G无线网络传输芯片和外围接口芯片的控制器。
2.硬件设计
2.1 视频前端处理模块
视频前端处理模块选用了TI公司推出的专门用于视频解码的芯片 TVP5146，TVP5146芯片采用PLL转换芯片提供14.31818MHz时钟作为输入，1.8V数字、模拟电压，IO端连接3.3V参考电压，提供1路视频图像信号输入通道，该芯片的YOUT[0：7]与DM6446的VPORT0端口的8位数据总线相连。
2.2 音频模块
DM6446集成有音频数据流的双向McBSP通道。通过设置采样频率、采样宽度、串行数据格式可以支持多种音频格式。本设计采用TI的TLV320AIC33立体声编／解码器，可对超小型驻极体话筒的模拟数据进行采样、编码，也可将数字音频输出在迷你扬声器上。
2.3 3G通信模块
系统将DM6446内部的经过处理的数据通过USB接口传入到无线网络传输模块，然后通过无线网络发送出去，从而实现了3G无线网络传输功能。3G无线传输模块选用了中兴公司的MC8630芯片，该芯片是基于CDMA2000 的3G无线网络标准，并在内部集成了USB2.0控制器，可以直接将VBUS引脚、D+引脚以及D-引脚直接与USB连接器相连。
2.4 红外探测模块和PTZ控制模块
为实现防盗报警功能，本设计采用德国BOSCH公司的DS835iT红外微波防盗探测器，它采用先进的信号处理技术，提供了超高的探测和防误报性能。通过探测区域时，探测器将探测区域内人体的活动，如有动态移动现象，它则向控制主机发送报警信号，探测器会忽略体型较小活动的探测。该模块一旦检测到人体活动，立刻发送脉宽为3s、幅值为3.3V的脉冲。该脉冲可以通过GPIO通道传送到DM6446中ARM处理器，引发中断，进行相应的采集、保存视频、进行事件报警等处理 。
PTZ的调节采用步进电机调节，在额定功率范围内，电机的转速只取决脉冲信号的频率和脉冲数。而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。DM6446有三个PWM脉宽调制器，可以产生所需的脉冲序列，PWM0用做音频时钟信号的生成，PWM1、PWM2未用。本设计使用PWM1、PWM2产生进行平移（pan）、倾斜（til1）的步进电机的控制信号，输入步进电机驱动控制芯片，通过 PCR、START、RPT、PER、PHID、CFG寄存器的设置实现。对于焦距（zoom）控制，采用PIOV33—11引脚设置为输出，控制焦距调整步进电机。
2.5 软件设计
视频显示端 （手机端）采用瘦客户端设计，其开发环境为Samsung i9300手机+Linux操作系统+J2ME编程环境和无线开发包WTK2.0，显示及相应控制。
视频采集端（服务器端）是基于TIDaVinci技术进行软件开发的。DaVinci技术是 TI公司为数字视频提供的一种集成解决方案，它包括高度集 成硅芯片、优化的API应用接口、ARM／DSP集成的开发环境 CCS3．2（codec composer studio）和系统解决方案等。服务器端软件设计主要包括以下几部分工作：
a）Linux裁减移植。由于目前DM6446只支持Linux嵌入式操作系统，本设计采用MontaVista提供的基于Linux2.6.10内核的Monta Vista Linux专业版4．0。该操作系统具有实时性高、可抢占式多任务并发的特点 ，能够充分利用系统资源，完成多任务调度。
b）CGI程序。本设计通过Apache Web server下的CGI（通用网关接口）程序实现外部扩展应用程序与Webserver交互，给Web服务器提供一个执行外部程序的通道。CGI程序由客户端软件发送的基于 HTrP协议的请求和命令触发，然后将客户端的请求和命令传给服务器应用程序；在服务器应用程序完成相应操作后，CGI程序将结果返回给客户端。
c）H.264编码器。这是软件设计关键环节，采用具有高压缩率、无线传输容错性好的H.264作为编码方案，在带宽有限的GPRS上实现视频传输。本设计利用TI高度优化的C64x+IMGLIB提供的图像／视频处理函数进H.264编码器设计实现。
d）其他程序设计。传输模块利用处于TCP／IP上层RTP／RTCP（实时传输与控制协议）将H．264的码流传送到客户端；3G通信程序负责短信的收发、3G的连网工作；运动检测、红外检测模块完成入侵检测工作。
3.实验结果
本设计以TI的TMDXEVM6446视频评估模块为中心，配以TM9T001CMOS摄像头传感器、DS835iT红外微波探测模块、3G通信模块等搭建设计原型，完成设计目标。利用Samsung i9300手机发送短信给采集终端，采集终端接到短信后进行3G连接，连接成功后将获得动态IP以短信形式通知手机（短信发送时间1—5s，3G连接时间2—3s，获得IP时间平均约为12s），手机通过该IP地址登录监控终端的web服务器，进行身份验证、参数设置、FFZ控制和视频查看。目前基于H.264的视频编／解码器正处在优化当中，目前3G带宽下可实现50～100fps的图像。在防盗模式下，当监控终端检测到有人人侵，立刻存储视频图像，同时连接3G，发送短信通知手机用户进现场进行监看。
4.结束语
本文提出一种新颖的基于TIDM6446的3G嵌入式视频监控系统的设计方案。该系统实现了身份验证、参数设置、FFZ控制、事件报警、视频监看、音频通信、信息存储等功能，可广泛应用于家居看护、车库监控、远程指挥、办公监控等场所。随着我国3G网络的普及，H.264编／解码器软硬件实现和智能手机处理能力的提高，该系统会提供质量更高、价格更便宜的移动视频监控，有着非常广泛的应用前景。