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ARM远程视频监控系统的设计方案分析
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2017-10-23
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摘要：在ARM 微处理器平台上移植嵌入式Linux 操作系统，完成视频采集任务，并以服务器方式将图像发送到网络，从而实现远程监控。系统以ARM9 微处理器AT91RM9200 为主处理器，采用普通USB 摄像头作为图像采集设备，构建了一种可靠性好、价格低廉和使用方便的网络视频监控系统。
0 引言
在国内外市场上，视频监控主要有模拟视频监控和数字视频监控。前者技术发展已经非常成熟，在实际工程应用中得到广泛应用，但只适合于小范围的区域监控，而且系统的扩展能力差，已经不能适应社会发展的需要。后者又可分为基于PC 机的视频监控系统和基于嵌入式的视频监控系统。嵌入式视频监控系统与PC 视频监控系统相比，具有体积小、功耗低、性能稳定的特点，很适合于在银行、学校等公共场所的安全监控。采用USB 摄像头作为视频采集设备的嵌入式视频监控系统，更由于其价格低廉、通用性好且接口标准而备受青睐。
本系统基于 ARM9 处理器和嵌入式Linux 操作系统，利用USB 接口摄像头实现数字图像采集任务，同时直接将数据以视频服务器方式发送到网络，用户可以直接通过Web 浏览器进行远程实时监控。
1 硬件平台设计
1.1 微处理器模块
平台采用 ATMEL 公司的AT91RM9200 处理器，AT91RM9200 是基于ARM920T 内核的低功耗32 位RISC 微处理器，其主频为180MHz，处理速度快，功能强，性价比高，能很好满足嵌入式Linux 系统的需求，还集成了包括USB2.0 主机端口和设备端口以及10/100MBase-T 以太网接口。在此基础上，配置了64M 的Nand Flash 用作存储设备，2×32M的32 为SDRAM。处理器通过USB 接口连接摄像头，通过以太网接口连接网络。系统硬件平台功能如图1 所示。
图 1 监控系统硬件
1.2 USB 主设备模块
AT91RM9200 片内集成的USB 主机端口集成一个跟集线器，并在下游端口集成收发器，它提供几个半双工高速串行通信端口，速率为12Mbit/s，最多可连接127 个USB 器件。本系统外扩一个USB 主机端口来支持USB 摄像头的访问。
系统采用的是应用广泛的选用罗技快看酷讯版摄像头进行数据采集，这种摄像头可以实现硬件JPEG 编码，视频数据由摄像头采集，一旦主控制器获得视频数据请求，则通过USB接口读取其缓存的数据，并对图像数据进行压缩编码，然后基于socket 编程来发送这些压缩后的数据到服务器。
1.3 以太网接口模块
AT91RM9200 的在片以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通信。片内以太网卡通过DMA 通道进行数据的发送，不影响AT91RM9200 的正常运行。首先正确设置传送控制寄存器和传送地址寄存器的传送数据块字节数、数据块存储首地址等参数，随后依次从指定数据存储区地址读取1024b 数据，送入内部发送缓冲器中，由MAC 对数据进行封装发送，同时记录已传送字节数，直到数据块发送完毕。当发送完一组数据后，发出DMA中断请求，由AT91RM9200 进行相应的处理。整个网络子系统电路由AT91RM9200 控制和调度。
0 引言
在国内外市场上，视频监控主要有模拟视频监控和数字视频监控。前者技术发展已经非常成熟，在实际工程应用中得到广泛应用，但只适合于小范围的区域监控，而且系统的扩展能力差，已经不能适应社会发展的需要。后者又可分为基于PC 机的视频监控系统和基于嵌入式的视频监控系统。嵌入式视频监控系统与PC 视频监控系统相比，具有体积小、功耗低、性能稳定的特点，很适合于在银行、学校等公共场所的安全监控。采用USB 摄像头作为视频采集设备的嵌入式视频监控系统，更由于其价格低廉、通用性好且接口标准而备受青睐。
本系统基于 ARM9 处理器和嵌入式Linux 操作系统，利用USB 接口摄像头实现数字图像采集任务，同时直接将数据以视频服务器方式发送到网络，用户可以直接通过Web 浏览器进行远程实时监控。
1 硬件平台设计
1.1 微处理器模块
平台采用 ATMEL 公司的AT91RM9200 处理器，AT91RM9200 是基于ARM920T 内核的低功耗32 位RISC 微处理器，其主频为180MHz，处理速度快，功能强，性价比高，能很好满足嵌入式Linux 系统的需求，还集成了包括USB2.0 主机端口和设备端口以及10/100MBase-T 以太网接口。在此基础上，配置了64M 的Nand Flash 用作存储设备，2×32M的32 为SDRAM。处理器通过USB 接口连接摄像头，通过以太网接口连接网络。系统硬件平台功能如图1 所示。
图 1 监控系统硬件
1.2 USB 主设备模块
AT91RM9200 片内集成的USB 主机端口集成一个跟集线器，并在下游端口集成收发器，它提供几个半双工高速串行通信端口，速率为12Mbit/s，最多可连接127 个USB 器件。本系统外扩一个USB 主机端口来支持USB 摄像头的访问。
系统采用的是应用广泛的选用罗技快看酷讯版摄像头进行数据采集，这种摄像头可以实现硬件JPEG 编码，视频数据由摄像头采集，一旦主控制器获得视频数据请求，则通过USB接口读取其缓存的数据，并对图像数据进行压缩编码，然后基于socket 编程来发送这些压缩后的数据到服务器。
1.3 以太网接口模块
AT91RM9200 的在片以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通信。片内以太网卡通过DMA 通道进行数据的发送，不影响AT91RM9200 的正常运行。首先正确设置传送控制寄存器和传送地址寄存器的传送数据块字节数、数据块存储首地址等参数，随后依次从指定数据存储区地址读取1024b 数据，送入内部发送缓冲器中，由MAC 对数据进行封装发送，同时记录已传送字节数，直到数据块发送完毕。当发送完一组数据后，发出DMA中断请求，由AT91RM9200 进行相应的处理。整个网络子系统电路由AT91RM9200 控制和调度。
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