基于MIPS构架的嵌入式网络传输平台的设计与应用

【摘 要 】伴随网络、微处理器以及通信技术的迅猛崛起,如今微型处理与专业性强化发展已经成为主流趋势,且嵌入式产品更是成为主流产 品。为寻求市场发展 ,数 字化视 频技 术得到广泛 推广普及 。研 究基 于 MIPS嵌 入 式视 频服 务器 网络传输平台技术的关键性作用与其应用 意义 ,以及它所取得 的较 好的社会与经济双重效益。

0 引 言
据相 关资料报道 ,近几年 传统视 频监控 系统 面临多 媒体 以及 网络技 术的快速进 步的 冲击 ,需 进行新 的技 术改 革。 目前新的视频监 控技术 已经成 为金融 、交 管 、商业 、电力 系统 、公 安 、海关 、国防以及住宅小 区的主要 监控方式 ,同时 已经普及到生产管理以及保安等领域,具有直观、方便、信息内容丰富等特性。如今视频监控与人们的生活、工作有着密切联系,传统的图像模拟技术对 图像处 理能力较差 ,且 扩展 性较低 ,不能进行高质量复杂网络结构组合 ,并且资 源浪 费现象 较严重 。随着多 媒体 技术的快速研发 和国际标 准化 图像 处理技 术与 传送技 术 的确认 ,新的视频监控 系统更加 贴切人们 的需要并且加 快了多媒体视频监控系统产业链 的进 步与发展 。

1 基 于 MIPS构 架设 计嵌入式 网络传 输平台
要实现嵌入式网络传输平台,硬件环境是具体保障,本文对存储芯片系统以及 USB接 口进行设计。在设计系统硬件时不但要 满足 功能和性 能 ,还 要考 虑可维护性 、可靠性及 可调试性 。而这几项中,最为重要的是可靠性 ,这是确保平台正常运行的前提条件。调试串口、SDRAM储存器、网络接 口等是嵌入式网络传输平台电路系统的基本组成部分。

1.1 设计 SDRAM 存储器电路
SDRAM是一种同步动态的存储器,采用这种存储器能够有效提升系统的表现 ,简化设计 及提 供高 速数据传 输 。从功 能上来看与 DRAM差不多 ,但 要刷新 时钟 。运 行之 时 ,所有 数据 与程序都在 RAM上和 CPU及 外 围进行 交互 ,因此 该存储 器 的运行速度关系 着 整个 平 台 的速 度。本 设 计所 使 用 的 SDRAM 是128M位 的 16位数 据 ,其 内部有 4块 相 同的 DRAM(2M×16×4banks),其 工频 可 以达 到 143 MHz,其 中 含有 SDRAM控 制 接口,这就给电路设计简化提供较大方便,在设计该电路之时使用了两 片 l6位宽的 SDRAM所 拼接形成 ,各种 总线合计 起来 就具备 了 32位的数据宽度 ,总共 达到 32Mbytes。

1.2 设计 串口电路
在整个嵌 入式 网络传输平 台设计 中串 口电路 占据着 重要位置 ,该串 口是在调试程序标准上 连接 输入 输出的设备 ,还 能够 经过 串 口实 现各个 系统之间数据通信 。本研究 中所使用 的 RS485串行接 口在工业通信和 PC机中广泛使用。而 RS485主要使用了不平衡的传输方式,也就是单端通信。所接收到的收发数据信号相当于信号地。这种信号主要摆动于正负电平之间,传送数据之时 ,发出驱动信号就会输出在 5~15 V间的正电平,一15 一 一 5 V之间的负 电平 。如果 没有传 输数 据 ,线上就是 TTL电平 ,从传输数据直到 结束 ,线上 的电平 就会从 1trL电平 传送 到RS485电平之后重新返 回到 TTL电平 。因为发送 和接收电平 之间仅仅 相差 2~3 V左 右 ,因此 抑制共模 的能力较差 ,加之 双绞线上 有分布电容 ,因此最 大能够 传送 l5米 ,而且最 大的速率 是20 KB/s。事实上 RS485属于点对点通信 ,这样就能够满足通信需求。对于嵌 入式 网路传输 平 台设 计 中还要设 计 出 NORFIash存储 器 电路 、实 时时钟 电路 、以太 网电路 ,这几个 电路共 同组成了网络传输硬件平台,之后再构建出软件平台,实现硬件与软件之间的协调一致 ,进而 实现基 于 MIPS构架 的嵌 入式 网络传 输平台。而且还应该对该平 台实施监 控 ,才 能够确保 平 台的正常使用 。

2 嵌入式视频监控 系统
以往 的视频监控产 品主要依赖 模拟 图像技术 ,由摄 像头所摄取 的图像借助视频 电缆 进行视频 信号传 输至监控 中心 ,不 同模拟图像信号通过多画面分割器处理形成单路视频混合信号投放到模拟大屏幕进行播放 ,同时进行慢速录像机专业记档备份。但视频 电缆传送损耗性较 大 ,影响 图像质量 ,只能进行短线 电缆传送。大型视频监控系统往往资金耗费较大,多数用户难以承受 ,并且慢 速录像机备 份具有备份耗 时长 、存储 周期短 、占用空间广 、图像质量耗损厉害、不便检索等缺陷。目前市场主要普及的是数字视频监控模 拟控 制和数字视频监控两种产 品。前者具有相对 稳定性 ,操作运 行较成熟 ,使用群体 较大 ,后 者在前者 的基础上进行 弊端处理及 问题解决 ,仍未被大众广泛接受 ,需加强完善 与推广 。如 今市 场上 视频 监控 系统 处于 前者 向后 者 的过渡期。

随着科技的进步 ,视频监控技术 的发展 ,以嵌 入式 视频 Web服务器为核心的视频监控系统开始步人人们 的生活。该服 务器核心 由嵌入式 MCU芯片和视频压缩 芯片组成 ,是一种既可将视频 压缩 ,将 采集 的视频 数据压缩 为 MPEG2或 MPEG4两种 视频格式;又具备网络传输功能,能通过网络接口将视频数据传送到监控客户端的嵌 入式服务器系统。本文将对其重要组 成部 分之 一 的嵌入 式 网络 传 输 平 台 的嵌 入 式 视 频 服务 器进 行 详 细 的 剖析。

嵌入式视频服务器硬件系统结构如图 1所示,用户通过操作图形用户界面来对设备和多媒体进行控制 ,摄影机组拍摄好的视频经过压缩后 ,通过 网络传输 到互联 网 ,处理器控制视频流量 比、压缩 的格式 以及进行 网络传送 ;存储组件为视频程序运行提供空间服务;硬件系统支持主要由网络传输提供 ;调试设备接口主要进行程序开发 以及调试与命令控制服务 。

1

主操控系统采用 MIPS.Linux,主要 作用 是进行 服务进 程 以及视频编码进程数据压缩的网络传输控制服务;辅助服务进程接受控制命令进行相应操作 ;驱动程序与 Linux内核衔接完成硬件的相关操作 ,具 体的软件系统结构如图 2所示。

2

嵌入式视频服务器 网络 传输平 台设计 主要 包括三 种 ,分别为硬件平 台设计 、软件平 台设计 、嵌入式应用软件设计 。软件平台主要是利用软件来检测硬 件系统 的设计与 功能 的准 确性 ,应用程序主要是服务于操作系统的移植与驱动功能,其程序检测只要简单地进行软件工程理论测试即可 。

3 嵌入式视频监视器 系统设计
3.1 视 频监 视 系统设计 选择原则性
随着计算机技术的不断发展与进步,视频监视系统设计原则主要根据其先进性 、开放性、实用性、可靠性、经济性 、可扩展性几个方 面考虑 ,不但要保 证系统设计先进性 ,还需要做到节约资源以及安装 维护过程安全 与简单方便 。

3.2 设计材料选择原则
· 图像 折射 清晰程度 :黑 白 380线 ;
· 图像 影像 灰色程度 :1>8级 ;
· 监视 器系统输入信号 电平均值 :1Vp—P±3dBVBS;
· 综合 性评估视频监视器在低 照度 时仍 可清晰监 控画面 , 且系统噪音 I>25 dB;
· 其他功能指标 均采用 国家标 准。

3.3 设计 要求
(1)做到技术与器材均 一流水 准 ,确保 安全可 靠。且要求性能与技术相互协调。
(2)必须符合安全防范与管理的宏观与微观的双重功能作用 ,做 到简洁方便 的宏观监控 、微 观取证 可靠运行 。
(3)在资源节约的前提下进行技术与系统构建的灵活扩展 ,保持技术先进性 以及 系统应用范 围最大化 。

3.4 器材 选型
(1)监控 器材 监视 器 的主 、分监 控软件 均可选 择 SECU—PRO出品的 SP8016—8型矩阵切换控制器及其配套产品,具有 8 路输 出字符 的警报 、切换等 功能 。
(2)密码 解调 器 可 以脱机运行且具有 15种功能 ,主要 采用插拔式解码板 ,安装 维护相对较简单 。
(3)摄影 录像材 器 定 焦可采 用 ANBO彩色 系列 摄影 机 , 线数 420TVL,照度 为 1LUX/F1.2,变 焦可 采用 ANBO 的 ANB一2200二十二倍一体化摄像机,线数 470TVL,照度为 1LUX/F1. 2,电动变倍范围为 3.9~79.2 mm,图像质量较高,安装维护较简单 。
(4)电动 云 台 选 择 TD出品的 TD一539型室 内吸顶式球形 云台 。
(5)图像 处理 器 采 用具 有 16面分 割 处 理 的 美 国 MV一96E彩色处 理器 ,实现 数字化处 理 功能 ,116路环 接输 出 ,可 任选 模式 ,实现 自动化 PAIZNTSC系统 切换 ,且 具 有停 断 电保 护模 式 。
(6)监视 器 选用 ANBO的 14彩色专业监视器 ,水 平分辨率 可达 550TVL,带有音频输入和输 出。
(7)视屏控制台 选择可控制外围环境的机器设备 ,专业出产 ,且符合人体 工程 学 ,使监控操作 发生 。

4 基于平 台的嵌入式视频 服务器应用
应用 于室内 以及工业生 产领 域 的嵌 入式 视频服 务器平 台 ,拥有非 常强 大的数据传输功 能 ,不但 可 以应 用于 大流量 的视频监控系统 、大型视频会议 系统 ,还可 以应用 于路 面交通拍照识别系统 以及 网络 打印系统 ,领域较 广 ,尤其可扩展性嵌 入式接 口系统应用范 围最广 。

4.1 嵌入式网络传输平台提供 的服务功能
该平 台不但具有 强大 的服务功 能 ,还具有 领域 的广泛普 及性 ,主要包 含以下几个方面 :
(1)能 够进行 网络数据传送 系统最基本 的功能就是作为网络数据的传送平台进行数据传输,形成了 10M/100M 网络物理 芯片 自我适应能力 ,数据传输量较大 ,且可 以满足不 同用 户的各 种需 求。

(2)接收远端控 制命 令 接受和响应远程控制命令 是在操作 系统 中运行的服务过程 。服 务进 程在远程客户端发 出请求 时会根据命令参数不同来接受不同的命令。例如对本地网络的IP地址 进行修改 ,对某个应用程 序启动 或停止 等 。警 报系统 进行数据 接收与传送 。通过 利用 系统平 台 的外 部设 备 串 口连接 ,进行数据资料传信与通报,实现串口与本地系统连接。

(3)系统用户的数据 管理 相较 于通用计 算机 系统 ,不但可以进行普通用户的基本数据单一管理 ,还可以进行多用户的不同需求、不同功能的管理以及提供使用权限 ,同时给予用户更加方便 的服务 。

4.2 视 频监 控服 务器 的物理 结构
本文中主要介绍网络传输与视频监控服务器平台应用 ,且包 含的范 围十分广泛 ,其系统结构如 图 3所示 。

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嵌入式视频 服务器基础是嵌入式 网络平 台核心部分 。系统平台中,视频数据由摄像机接收后压缩至 DSP芯片,由 DSP芯 片进行 资料数据压缩。经过服务器系统处理之后 ,利用 miniPCI总线传输 到嵌 入式 网络平 台,通过 MCU控 制通 过 网络接 口送出,采用单播方式进行视频数据传送 。

4.3 嵌入式视频服务器的软件设计结构
嵌入式系统开发中占有同等重要位置的还有嵌入式视频服务器的软件设计 ,其软件模块 由应用层服务程序与 Linux底层设备驱动两 大部分组成 ,由于 网络传 输平 台 已经 完成 了内核驱动部分 ,那 么 Linux应用程序 已成 为重点实现环节 。

Linux应用程 序在 视频 服务器 中分为三个方面 :
(1)主服务进程 需要 完成的任务
·接收客户端的命令 ,并判断命令,或将模拟 AV压缩数据发送至客户端 。
· 与辅助服务进程和编解码进程协作 。
· 处理事件 。
· 触发动作 。
· 管理用户的视频编解码进程 。

(2)视 频编解码进程 的主要功 能以及 工作任 务 包含 以下几个方面
·命令菜单系统响应以及读取。
·视 频压 缩数据接收 。
·实 现 AD功能任务转换 。
·进行压缩数 据优势结构搭建 ,例如码 率 、帧率 。
·无线 、移动设备视频等监控。

(3)辅 助服 务进 程
·接 收和 响应请求命令 。
· RS485串行控制 。 .
· 系统状态 日

5 结 语
嵌入式应用 的快速发 展使其 应用领 域也得 到空 前的壮 大 , 当然,应用领域的不同也致使其嵌入式系统不完全相同。很多时候要 因事 制宜 ,要么加 以改进 ,要么加 以创新 ,来满足各 个领域 的不同需求 。综上所述 ,嵌入 式服 务器开 发系统 不是一 成不变 ,而是与 时俱进 ,不断完 善发 展的 。只有 满足 时代 的需求 ,才会得 到人们的认 可与信赖 。

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