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(多图) 基于GPRS的ARM7嵌入式单片机视频报警系统

电子设计工程 唐永红 刘迪 王冬梅?? 2010年04月28日 ?? 收藏0

  利用以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备进行数据采集,并通过网络有效传输数据,已成为数据采集领域的研究焦点。由于嵌入式单片机系统集单片机和嵌入式系统为一体,因此嵌入式单片机系统广泛应用于那些对实时性、高速性和智能性要求很高的应用领域。目前计算机图像处理系统多为CCD摄像头+视频卡+计算机的工作模式,且结构复杂、成本高、体积庞大,受计算机操作系统的限制,图像处理实时性差。针对传统的图像采集系统的缺陷,本文讨论了基于ARM7S3C44BOX系列32位单片机的嵌入式系统在图像采集中的应用。

  1 嵌入式影像系统对图像的处理

  1.1 ARM7体系结构

  ARM处理器是高性能、低功耗嵌入式微处理器,是目前32位、64位嵌人式处理器中应用最广泛的系列器件。ARM7处理器是ARM处理器系列成员之一,是目前应用广泛的32位高性能嵌入式RISC处理器。ARM7处理器具有高性能的32位ARM指令集和高代码密度的16位THUMB指令集。? ARM7由处理器核、用于边界扫描的TAP控制器和在线仿真器(ICEBreaker)组成。双向数据总线D[31:1]为了与各种外部存储器兼容,分割成单向输入和输出总线。其处理器部件及其主要信号路径如图l所示。

处理器部件及其主要信号路径

  1.2 视频报警系统组成和工作原理

  该视频报警系统主要包括图像采集、图像信息处理、数据通信、报警等4个模块。其组成结构如图2所示。

视频报警系统组成

  图2中,无线摄像机用于实时捕获现场视频图像,通过无线发射装置遵循GPRS无线传输协议将视频信息发送至报警主机,在主机处完成视频图像的模数转换、视频压缩和视频传输。无线报警传感器用于接收报警信息,然后通过无线射频发射器并遵循GPRS无线传输协议将本设备的标识码发送给报警主机。嵌入式报警主机ARM7S3C44BOX是整个系统的核心元件,它通过无线射频接收器及时获取报警信息或报警视频的现场图像,并完成图像信息的A/D转换、编码、压缩和传输,然后通过无线网络遵循GPRS无线传输协议将报警信息或现场图像发送给合法用户的无线终端。同时接收无线终端的请求和配置信息。该无线终端可以是手机,可通过彩信方式接收报警信息,也还可用于显示装置接收报警视频。

  1.3 系统的技术分析

  数字视频监控系统所包含的核心技术归纳为以下3个方面:数字视频编码压缩技术、高效大容量存储技术和网络技术。

  1)数字视频编码压缩技术 目前的数字视频编码压缩技术主要有:MPEG-1,MPEG-2,H263,MPEG-4,Wavelet,JPEG等,本系统采用MPEG-4视频编码标准。MPEG-4视频编码标准支持MPEG-1,MPEG-2中的大多数功能,可提供不同的视频标准源格式、码率、帧频下矩形图像,而且支持较低的空间分辨率(低于352x288像素)和较低的帧频(低于15 Hz)。MPEG-4标准的编码是基于对象的,便于操作和控制对象。

  2)存储技术 存储技术是数字视频监控系统非常重要的指标。目前主流的Windows采用FAT32文件系统,Windows文件系统对管理的文件具有较高的效率。本系统改进和优化了原有的文件系统。使之适应视频文件的存储,提高存储的速度和多路并发能力。

  3)网络传输技术 网络视频实时传输,在实时传输协议的基础上,实现视音频数据的网络传输,保证数字视频网络传输的服务。本系统根据网络传输的实际需求和质量,为整个系统的广泛应用奠定基础。

  2 程序流程与软硬件的压缩原理

  2.1程序流程

  系统首先完成时钟频率和工作模式的配置,然后对视频处理器进行I2C初始化。当系统正常工作时处于驱动程序轮询状态。在检测到网络连接信号到来时就响应命令请求,调用图像采集函数或网络传输函数,完成图像采集与网络传输后系统又返回驱动程序轮询等待状态。视频数据采集和网络传输的软件实现是基于ARM7S3C2410X开发板提供的软件模块来实现的,在工程配置文件中加入IPModules的IPOS、IPStack、系统程序运行流图IPEthernet、I2C等模块,通过调用专用的库函数来读写I2C和变换数据为IP包。本系统设计中用到的主要I2C总线控制函数有:打开设备文件函数v41_open(),初始化函数,v41_picture(),初始化channels函数v41_get_channels()和v41_switch_channel(),初始化audios函数v41_get_audios,设置norm函数v41_set_norm(),关闭设备文件函数v41_close(),初始化grap:4l_grap_init(),设置调色板函数v41_set_palette(),真正将影像放到mmap()所映像内存的函数v41_grap_frame(),模仿采集函数device_get_address()取得frame的影像数据后,再将frame的影像数据输出成PPM格式的文件。该系统的程序流程如图3所示。

系统的程序流程


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GPRS? ARM7? 单片机? 视频报警?

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