引言

　　圖像與視頻監(jiān)控系統(tǒng)是應用計算機與通信技術實現對目標地區(qū)信息監(jiān)控的系統(tǒng)，常應用于交通、能源、公安、電信、軍事等部門。隨著圖像與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用領域不斷擴大，遠程圖像與視頻監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，它滿足了遠距離監(jiān)控的要求。數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機或嵌入式系統(tǒng)為中心、視頻處理技術為基礎，是符合圖像數據壓縮的國際標準。綜合利用圖像傳感器、計算機網絡、自動控制和人工智能等技術的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)。由于數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對視頻圖像進行了數字化，所以與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，數字監(jiān)控具有許多優(yōu)點。數字化的視頻系統(tǒng)可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。數字化視頻處理技術提高了圖像的質量與監(jiān)控效率，使系統(tǒng)易于管理和維護。整個系統(tǒng)是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用和維護。正是由于數字視頻監(jiān)控技術具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控技術無法比擬的優(yōu)點，而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發(fā)展趨勢，所以數字視頻監(jiān)控技術正在逐步取代模擬監(jiān)控技術，廣泛應用于各行各業(yè)。嵌入式系統(tǒng)以體積小、實時性強、性價比高、穩(wěn)定性好等特點在社會的各個領域中得到了廣泛應用?；?strong>ARM嵌入式的數字化遠程監(jiān)控是基于現代通信技術的一種新應用。本設計是一種嵌入式系統(tǒng)，以 ARM硬件平臺為核心實現了對現場的實時監(jiān)控，并通過無線網絡把視頻圖像傳輸到主機端，以實現分析、存儲和顯示等功能，與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比：它的組網成本大大降低，系統(tǒng)體積重量大大減小，運行維護更容易。

1 監(jiān)控系統(tǒng)方案介紹

　　遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網絡結構設計直接影響到系統(tǒng)的性能，目前監(jiān)控系統(tǒng)網絡的實現大致有三種方案。分別介紹如下：

　?。?）采用代理服務器的方法

　　代理服務器一般由PC來充當，一方面運行TCP/IP協(xié)議實現Internet接入功能，另一方面通過簡單總線結構（RS232、RS485等）與嵌入式系統(tǒng)相連接。如圖1所以。系統(tǒng)中只需要有一部分與代理服務器通信的代碼即可。其優(yōu)點是可以很方便地解決設備上網的問題，開發(fā)難度低；缺點是接入成本比較高，不利于大規(guī)模推廣。該方案比較適合大型或較昂貴工業(yè)設備的上網需求，不適合用于低價格的設備。

　　（2）通過直接在嵌入式處理器上實現TCP/IP協(xié)議來實現Internet接入功能這種方案沒有使用操作系統(tǒng)，大大節(jié)省了資源，但是對處理器的性能要求較高，同時增加了開發(fā)的難度，技術實現上也比較困難。

　?。?）采用一個基于ARM Linux 的網絡監(jiān)控系統(tǒng)

　　這種方案和第二種方案類似，但是它只用嵌入式ARM Linux 操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上運行TCP/IP 協(xié)議。目前大多數嵌入式操作系統(tǒng)都帶有TCP/IP協(xié)議棧，這降低了開發(fā)的難度，實現起來比較靈活。由于嵌入式操作系統(tǒng)的運行需要占用相當的處理器資源和存儲器空間，對硬件配置也有較高的要求。采用第三種方案，可以節(jié)省開發(fā)時間、縮短開發(fā)周期。監(jiān)控系統(tǒng)一般都還要在控制現場配置一臺工控機或高性能微機做服務器，用來存儲中間數據，處理實時性要求較高的事件，響應監(jiān)控終端的監(jiān)控請求。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計

　　采用基于ARM嵌入式的網絡監(jiān)控系統(tǒng)，它采用TCP/IP網絡協(xié)議標準，系統(tǒng)組網簡單，傳輸數據量大，速度快，整個系統(tǒng)結構簡單。尺寸微小、價格低廉。遠程計算機可做到無需額外程序，通過WEB瀏覽器就能對設備進行檢測，而且應用程序易于開發(fā)、實現信息的完整共享。在該系統(tǒng)中ARM負責程序控制和網絡通信，圖像和視頻采集模塊負責數據獲取和處理。當數據或命令數據傳輸過來后，ARM系統(tǒng)進行命令處理后，將命令數據傳輸或顯示在LCD上，同時系統(tǒng)負責將處理的結果經過網絡接口上傳出去。系統(tǒng)接收到數據命令后，經過算法處理后，驅動D/A輸出或根據A/D輸入進行數據處理后，將結果傳給ARM。系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：數據采集、數據分析和處理、程序控制、網絡傳輸。

2.1 ARM視頻監(jiān)控平臺

　　ARM的系統(tǒng)擴展槽和設備擴展槽，用于為ARM系統(tǒng)添加如以太網接口、?？跀祿鎯涌诤蚉CMCIA等接口，或者用于其他的功能開發(fā)板，為ARM系統(tǒng)擴展了CMOS圖像獲取功能和VGA顯示功能。

　　其中，VGA接口是通過電阻網絡實現4096色彩色顯示。與SRAM訪問相關的寄存器有：SDRAM控制寄存器、讀地址低16位、讀地址高16位、讀出數據寄存器、寫地址低16位、寫地址高16位、寫入數據寄存器；與CMOS圖像采集有關的寄存器有CMOS采集控制寄存器、CMOS采集狀態(tài)寄存器；與VGA顯示有關的寄存器是VGA顯示控制寄存器。它具有以下特點：

　?。?）實時性好，能滿足數據采集和數據處理的實時性要求。

　?。?）性價比高，在滿足要求的情況下，系統(tǒng)成本應盡量低。

　?。?）可控性好，能夠實現遠距離控制和數據傳輸。

2.2數據采集模塊

　　視頻源信號來自于一個高集成度的CMOS數字圖像傳感器模塊MB86S20，它是富士通的產品。MB86S02不但集成了CMOS圖像傳感陣列、自動增益信號放大器、模數轉換器，還包括了色彩信號處理和微型鏡頭，包含了圖像采集的所有前端處理，可以直接輸出數字信號。

　　MB86S02是基于CMOS工藝，使用有源像素的傳感器，與傳統(tǒng)的CCD傳感器相比有如下不同點。

（1）成像過程

　　ccd和cmos使用相同的光敏材料，因而受光后產生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：ccd是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移，整個電路非常復雜，讀出速率慢；cmos 則以類似 dram的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

（2）集成度

　　采用特殊技術的ccd讀出電路比較復雜，很難將a/d轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個芯片組合實現，同時還需要一個多通道非標準供電電壓。借助于大規(guī)模集成制造工藝，cmos圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數cmos圖像傳感器同時具有模擬和數字輸出信號。

（3）電源、功耗和體積

　　ccd需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。cmos只需一個單電源(3v~5 v)供電，其功耗相當于ccd的1/10，高度集成cmos芯片可以做的相當小。