基于ARM11电力载波视频监控服务器设计与实现

够囊粉数簟 it" lfto匹n口iHctrin口 V。D印脚№黼尝麟明 【本文献信息】李水明，苏建欢，张银君，等．基于ARMll电力载波视频监控服务器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与实现[J]．电视技术，2012，36(21)基于ARMll电力载波视频监控服燃计与实现 李水明1，苏建欢2，张银君2，王小亮1 (1．广西工学院电子信息与控制工程系，广西柳州545006；2．河池学院，广西宜州643006) 【摘要】针对视频监控架设受环境和空间影响，视频数据线布线复杂与布线成本较高的问题。设计了一种基于电力载波的视 频监控服务器，采用嵌入式处理器$3C6410作为控制核心，INT6400和INTl400组成电力载波传输模块，传输视频信号。该服务 器具有体积小、功耗低、安装方便等优点，有广阔的市场应用前景。 【关键词】嵌入式；电力载波；视频监控 【中图分类号】TN911．73；TP302．1 【文献标识码】A DesignandImplementationofPowerLineCommunicationVideoMonitoringServerBasedonARMll LIShuimin91，SUJianhuan2，ZHANGYinjun2，WANGXiaolian91 (J．ElectronicInformationandControlEngineeringDepartment，GuangxiUnivemi妒ofTechnology，GuangxiLiuzhou545006，China； 2．HechiUniversity，GuangxiYizhou643006，China) 【Abstract】Aimingattheproblemofvideocablewiringcomplexandwiringhighcost，videomonitoringsettingaffectbyenvironmentandspace．Apower linecommunicationvideomonitoringserverisdesigned．Theembeddedprocessor$3C6410isusedascontrolcore．INT6400andINTl400composethe videotransmissionmodules，andtransmitthevideodata．Theserverhastheadvantagesofsmallsize，lowerpowerconsumptionandeasyinstallation，and hasabroadapplicationprospectinthemarket． 【Keywords】embedded；powerlinecommunication；videomonitoring 视频监控已经广泛应用到各行各业，在家居安防、设 备监控、产品质量的监管等方面发挥了重要作用。视频监 控系统主要包括图像采集、视频编码、视频数据传输、视频 解码⋯等部分。视频数据传输可以使用无线传输和有线 传输方式。无线网络数据传输具有组网方便的优点，但对 于在轮船钢板的阻隔、仓库中多层墙体的隔离中，有数据 传输不可靠的缺点。有线网络传输具有数据传输可靠、带 宽大等优点。对多个视频监控节点都进行布线，必然造成 布线复杂、建造成本高等缺点。采用电力载波技术，利用 电力线传输视频信号，免除布线的费用，节省开支。本文 设计并实现了视频监控服务器，以嵌入式处理器$3C6410 为控制核心，电力载波作为视频数据传输通道。实验表 明，视频数据传输速率高、图像清晰、稳定。 1 电力载波视频监控服务器端的总体设计 本系统的总体设计如图1所示。视频监控服务器端 的硬件部分由摄像头模块、主控模块、电力载波通信模块 组成。 2 电力载波视频监控服务器模块设计 2．1主控模块 主控模块是整个视频监控服务器的核心部分。主 要负责视频图像的采集、H．264视频格式编码、视频数 图1 系统总体结构框架图 据发送给电力载波传输模块。主控模块的核心芯片采 用Samsung公司的$3C6410嵌入式处理器。它是一款 低成本、高性能的通用处理器。主频最高可以达到667 MHz，内置硬件编解码器，支持H．264，H．263，MPEG一4 等编解码格式。主控模块通过USBHost接口与摄像头 连接，通过网卡DM9000以太网与电力载波模块连接 通信。 2．2摄像头图像采集模块 图像采集模块采用国顺实业有限公司AIO型号USB 红外夜视视频监控摄像头。该摄像头采用Ahir公司的控 制芯片。该摄像头最大图像解像度为VGA(640X480)， 接口为USB2．0，视频图像输出格式为YUV2，带红外拍摄 投稿网址http：／／www．VideoE．cnI《电视技术》第36卷第21期(,娣398期)1髓万方数据 IIV,旧脚№0黼譬蒜足舞 功能。图像最高帧率为30帆抄秒(Ws)。主控模块ARM 通过USB接口进行视频图像数据的采集。v4L2是Linux 系统内核关于视频采集设备API，Linux2，6。32内核已包 含该摄像头的驱动，应用程序可使用V4L2的统一API函 数对视频设备进行操作拉J。本系统中，对视频设备进行 操作的系统文件为“／dev／vide02”。对摄像头的图像数据 进行采集，大部分操作函数通过对ioctl函数调动完成的。 对视频进行采集主要由以下步骤组成： 1)打开视频设备，主要通过open()函数完成，代 码为： fd=open(dev_name，0一RDWRIO_NONBLOCK，O)；／十打开视频 设备，dev_narae设备名$ 2)初始化和获取摄像头的各种参数，代码为： ioctl(}fd，VIDIOC—QUERYCAP，&cap)；／女fd为已定义的设备文 件的描述符，VIDIOC—QUERYCAP为系统调用类型。·／ 3)设置视频设备的图像数据输出格式，代码为： ioctl(sfd，VIDIOCS_FMT，&fmt)；／}设置像素大小、视频的采集 格式。$／ 4)向驱动申请缓冲帧的个数，代码为： ioetl(#fd，VIDIOC_REQBUFS，&req)； 5)获取视频缓冲帧的地址，代码为： ioctt(tfd，VIDIOC—QUERYBUF，&bur)；／s申请视频出列的内存 起始地址+／ 6)将申请到的缓冲放人视频采集队列和开始视频采 集，代码为： iocd(}fd，VIDIOC—QBUF，&buf))； ioctl(}fd，VIDIOC_STREAMON，&type))； 7)视频信号的读取和缓冲再次人列，代码为： i∞d(}fd，VIDIOC—DQBUF，&buf)；／}视频数据出列，对视频数 据进行读取t／ ioetl(+fd，VIDIOC_QBUF，&bur)；／}再次将视频缓冲A．Yq+／ v4也支持3种视频数据读取模式，分别为直接读模 式、用户指针模式、mmap映射模式。本设计采用的是 mmap模式，该模式将每个数据缓冲区映射到用户空间， 应用程序在获取视频数据的时候，共享这些缓冲区，提高 读取数据的效率。在循环读取视频图像中，只需要重复步 骤6)、步骤7)即可，每次读取视频数据后，必须再次将缓 冲人列，以准备下一次的数据读取。 2．3视频编码模块 摄像头采集到的视频图像数据量比较大，对于有限 的通信带宽来说，必须进行视频的编码压缩。H．264是新 一代视频编码 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，是一种高性能、高效率的编码方式。 它具有较强的编码纠错能力，能在保证图像有较高清晰度 的同时，对视频数据具有更高的压缩率口o。嵌入式处理 器$3C6410内嵌硬件编解码器，能够使用硬件进行编码， y舅舞篓寰 提高工作效率。视频编码模块的驱动直接采用三星公司 提供的编解码驱动，在应用程序中只需要调用API操作函 数即可完成。对视频进行H．264编码主要由以下步骤 完成： 1)打开编码设备，对H．264的初始化参数的设置，分 另U设置视频的长、宽、帧率、比特率、影响测量的编码质量 因子，代码为： SsbSipH264Eneodelnit(width，heigh，frame_rate，bitrate，gop—num)； 2)H．264编码的数据加载和进行视频编码，代码为： p_inbuf=(unsignedchar十)SsbSipH264EncodeGetlnBuf(h∞dIe， 0)；／t获取视频编码的缓冲地址+／ memcpy(pinbuf，”v_bIlf，frame—size)；／t将内存地址为yuv—bur 的原始视频数据复制到内存地址为p_inbuf视频编码缓冲区．数据长度为 frame_size，即采集的视频数据的大小。t／ ret=SsbSipH264EneodeExe(handle)：／}进行视频的编码}／ p__outbuf=(unsignedchar≈>SsbSipH264EncedeGeiOut蹦(ban— dle，size)；／+输出视频编码的缓冲地址，定义P—outbuf为编码完成后输 出的数据地址，size为视频编码输出的数据大小。t／ 3)关闭视频编码设备。 2．4电力载波传输模块 本模块采用ATHEROS公司的INT6400和INTl400 组成，INT6400为主要电力线通信控制芯片，INI'64()Q内部 包含有A／D和D／A转换器，通过以太网接口接收主控模 块的视频数据，然后将视频信号进行调制。INTl400作为 模拟前端，对模拟信号进行放大。通信协议为Home— Plu91．0，其最高通信速率达到200Mbit／s，能满足多路视 频信号的传输。图2为电力载波传输模块。 ●一一一一一一一一一一一一一一' 1∞《电视技术》第36卷第21期【总第398期)I投稿网址htlp：／／www．VideoE．cn 图2电力载波传输模块 主控ARM模块主要是通过UDP网络协议与 INT6400进行通信。UDP协议是面向非连接的网络协议， 不必与对方建立连接，可以直接发送和接收数据。由于 UDP协议省略各种网络校验，传输的速度得到很大的提 万方数据 v■alia r l，f0匹^口in“rin4 高，同时支持多组数据并发通信卜5。。图3视频信号UDP 通信方式。 图3视频数据UDP通信方式 主控网络进行视频传输主要由以下主要步骤： 1)建立UDP协议通信，代码为： sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，O)； 2)填充sockaddr结构，套接字绑定，代码为： bzel'o(&addr，sizeof(stmct，sockaddrin))； addr．sinjamily=AF—INET； addr．sin_addr．s_addr=htonl(INADDR—ANY)； addr．sin—port=htons(SERVER—PORT)： bind(sockM，(structsockaddr})&addr，sized(stmctsockaddr_in)) 3)视频数据的发送，代码为： addrlen=sizeof(structsockaddr—in)； sendto(sockM，socket—outbuf+num，1000，0，(structsockaddr·) &addr，addrlen)； 在UDP中采用sendto函数来发送数据。本设计中每 次发送数据1000个字符型视频数据。 3 系统测试 本视频监控服务器发送的视频分辨力为320X240。 主控模块与电力传输模块的通信方式为UDP协议，电力 载波通信协议为HomePlu91．0。视频接收解码客户端为 PC机。视频监控服务器发送视频数据帧频率为20f／s。 设置视频监控服务器端IP地址，在客户端PC机上编写一 个显示测试程序，图4为视频播放图像。在实验环境下， 表1为服务器与客户端在不同的距离，电力载波的通信速 率。测试中视频图像清晰，稳定、帧间无抖动。由通信数 据可知，在实验环境的情况下，通信的速率能满足多路视 频的监控。在距离不长的情况下，能够很好地适应环境， 实现视频监控功能。 V怔。脚Llc勰譬船ll 图4视频播放图像 表1 实验数据 5 1” lO 20 30 40 50 165 137 113 瞄 47 4 结论 基于电力载波视频监控，采用电力载波技术传输视频 数据，利用$3C6410硬件编码器，能够快速地进行视频编 码。本设计实现即插即用，不需要布设视频传输数据线，安 装方便，节省综合成本。进一步设计可以将电力载波接收 一端连接到主干光纤服务器端，可以实现远程视频监控。 实验结果表明，该 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可行，视频图像清晰，性能稳定，可以 应用于家庭、银行、小型超市等领域，具有广泛的市场前景。 参考文献： [1]马文强，章专．基于$3C6410的无线视频传输节点设计[J]．传感器 与微系统，201l，30(10)：96-98． [2]刘升，赵晶晶．基于V4L2的嵌入式视频监控系统[J]．微计算机应 用。2011，32(1)：38—42． [3]刘玲．魏立峰．基于ADIH．264编码库的视频压缩系统设计与实现 [J]．现代电子技术，2010，33(4)：83-85． [4]李建强．一种基于UDP协议的可靠传输 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 研究[J]．计算机光盘软 件与应用，2011(13)：55-56． [5]王精华，徐昌彪，鲜永菊，等．认知网络下TCP协议性能分析[J]．电 视技术，201l，35(19)：72-75． ◇ 作者简介： 李水明(19∞一)。硕士生，主研嵌入式智能控制、工业自动化； 张银君(19弘一)。讲师．硕士生，主研嵌入式数据采集、工业自动化； 王晓亮(1987一)，硕士生．主研信息与通信工程。 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑：任健男 收稿日期：2012-05-27 投稿网址http：／／www．VideoE．cnI《电视技术》第36卷第21期(总第398期)167万方数据 基于ARM11电力载波视频监控服务器设计与实现 作者： 李水明， 苏建欢， 张银君， 王小亮， LI Shuiming， SU Jianhuan， ZHANG Yinjun， WANG Xiaoliang 作者单位： 李水明,王小亮,LI Shuiming,WANG Xiaoliang(广西工学院电子信息与控制工程系,广西柳州,545006) ， 苏建欢,张银君,SU Jianhuan,ZHANG Yinjun(河池学院,广西宜州,643006) 刊名： 电视技术 英文刊名： Video Engineering 年，卷(期)： 2012,36(21) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dsjs201221046.aspx