專利名稱：嵌入式視頻處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
嵌入式視頻處理設(shè)備一、 技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種可對視頻信號進(jìn)行多種分析與處理的裝置，具體地說是一種利用低功耗 嵌入式技術(shù)，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信號，可以對其進(jìn)行包括智能監(jiān)測在內(nèi)的多種 視頻分析與處理，并可將結(jié)果保存至移動(dòng)存儲器，或者通過無限網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l處理設(shè)備。二、 背景技術(shù)現(xiàn)代社會許多領(lǐng)域，特別是遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域需要運(yùn)用視頻的傳輸與處理。傳統(tǒng)方法是在需 要監(jiān)控的現(xiàn)場安裝攝像設(shè)備，并通過無線或者有線網(wǎng)絡(luò)直接將視頻信號送至控制中心，由控 制中心電腦集中處理，最終顯示給工作人員，進(jìn)行人工監(jiān)控。這種監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題主要 為直接傳送現(xiàn)場畫面，即使經(jīng)過壓縮，依然有相當(dāng)大的數(shù)據(jù)量，需要能夠容納大規(guī)模數(shù)據(jù) 的傳輸網(wǎng)絡(luò)作為保證，而實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)慕^大多數(shù)視頻內(nèi)容為無異常狀況下的信息；此外 傳統(tǒng)方式需要人員24小時(shí)不間斷監(jiān)視畫面，工作效率低，在監(jiān)測點(diǎn)較多或者人員有限的情況 下，系統(tǒng)可靠性較差。隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識別技術(shù)的發(fā)展，針對各類監(jiān)控場合的智能識別技術(shù)不斷 涌現(xiàn)。智能監(jiān)控算法可以在無人干預(yù)的環(huán)境下，通過分析采集到的視頻信號自動(dòng)判別是否有 異?，F(xiàn)象發(fā)生。目前，各類監(jiān)控算法多數(shù)情況下都是在臺式計(jì)算機(jī)平臺上運(yùn)行，如果直接應(yīng) 用到現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)，只能利用監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)對接收到的視頻信號作分析。這種方式一方面 由于集中處理各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，極大的提高了監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)荷；另一方面依然無 法避免高數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膯栴}。因此需要一種設(shè)備，可以將智能算法與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合， 在采集到圖像信號后即在現(xiàn)場通過相應(yīng)智能算法對其進(jìn)行分析，并在檢測到異常的情況下發(fā) 送相關(guān)數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心。此種設(shè)備可以改變現(xiàn)有的監(jiān)控模式，避免諸如高數(shù)據(jù)量、低可靠性 等傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)所存在的種種不足。三、 發(fā)明內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)高度依賴人工監(jiān)督，需要高成本通信網(wǎng)絡(luò)支持等缺點(diǎn)， 本發(fā)明提供一種嵌入式視頻處理設(shè)備。該設(shè)備可以在監(jiān)測現(xiàn)場與攝像設(shè)備相連，對采集到的 視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)智能分析與處理，并將檢測結(jié)果中的有用信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān) 控中心。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)嵌入式視頻處理設(shè)備包括嵌入式處理模塊、電源模塊、模擬視頻解碼模塊，以及包含USB(通用串行總線)接口、 RS-232串行接口和SD\MMC卡插槽在內(nèi)的接口模塊。工作時(shí)可將 本發(fā)明與攝像設(shè)備、GPRS (通用無線分組業(yè)務(wù))數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備相連，如果需要，還可以插入 SD卡或MMC卡。(支持USB協(xié)議的數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備可通過USB接口與本發(fā)明相連；如果是 模擬攝像設(shè)備，則經(jīng)由模擬視頻解碼模塊上的電視信號接入口與本發(fā)明相連；GPRS數(shù)據(jù)傳
輸模塊通過RS-232串口與本發(fā)明相連。)電源模塊負(fù)責(zé)向嵌入式處理模塊和模擬視頻解碼模 塊提供所需的穩(wěn)壓電源。嵌入式處理模塊包括嵌入式處理器、內(nèi)存單元、Flash存儲單元以及 EEPROM (電可擦寫可編程只讀存儲器，用于存放啟動(dòng)代碼)。Flash存儲單元保存智能監(jiān)測 算法以及系統(tǒng)控制程序，控制嵌入式處理器通過模擬視頻解碼模塊或者USB接口讀取視頻信 號。數(shù)字視頻信號經(jīng)過智能監(jiān)測算法處理后，系統(tǒng)可將相應(yīng)監(jiān)測信息壓縮，通過RS-232串行 接口傳送給GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，并由其送至監(jiān)控中心；也可將壓縮數(shù)據(jù)保存至SD卡 或MMC卡中。此外，本發(fā)明可以通過串口進(jìn)行調(diào)試、系統(tǒng)設(shè)置，以及軟件的更換與升級。本發(fā)明中，嵌入式處理器采用32位ARM9系列處理器，64M字節(jié)SDRAM作為內(nèi)存， 16K字節(jié)EEPROM和64M字節(jié)Flash。高速度的處理設(shè)備以及大容量的存儲單元使得本發(fā)明 可以運(yùn)行相對復(fù)雜的智能監(jiān)測算法。本發(fā)明既支持USB接口的數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備，可以通過USB1.1或2.0協(xié)議直接讀取數(shù)字圖 像信息；也支持PAL/NTSC制的CVBS (復(fù)合電視)信號，可將模擬信號解碼為符合ITU (國 際電信同盟)656格式的字節(jié)流。模擬視頻解碼模塊特征為嵌入式處理器通過CPLD (復(fù)雜 可編程邏輯器件)與視頻解碼裝置和RAM (隨機(jī)存取存儲器)相連；嵌入式處理器讀取同步 信號，控制視頻解碼裝置向RAM傳送視頻字節(jié)流，并從RAM中讀取解碼出來的數(shù)字視頻信 號。本發(fā)明具有低功耗、低成本、體積小、易升級等特點(diǎn)。其系統(tǒng)工作電壓為5V，工作電流 50mA左右。軟件方面，本發(fā)明可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。此類操作系統(tǒng)開放源代碼，功能完善，便于 設(shè)備所需控制程序、識別算法以及各類驅(qū)動(dòng)的開發(fā)。本發(fā)明的有益效果是為各種智能監(jiān)測算法提供了一個(gè)運(yùn)行的平臺，使得基于視頻的智 能識別技術(shù)可以方便地與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，無需24小時(shí)不間斷的人工監(jiān)督，提高監(jiān)控系 統(tǒng)工作人員的工作效率，加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)由于智能識別的介入，可以僅在發(fā)現(xiàn)異常 的情況下傳送數(shù)據(jù)，降低了監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求，使得系統(tǒng)可以直接利用現(xiàn)有的 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送必要信息；此外，采用了本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)只需改換算法軟件，就可以 應(yīng)用于各種不同的監(jiān)控場合，例如森林防火預(yù)警、污染排放監(jiān)測、室內(nèi)防盜監(jiān)控等。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中模擬視頻解碼模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中模擬視頻解碼模塊的電路原理圖；圖4是本發(fā)明中電源模塊的電路原理圖；圖5是本發(fā)明中嵌入式處理器的電路原理圖；圖6是本發(fā)明中Flash、 SDRAM和EEPROM的電路原理圖； 圖7是本發(fā)明中接口模塊的電路原理圖。 五具體實(shí)施方式
一種本發(fā)明所述的嵌入式視頻處理設(shè)備，包括嵌入式處理模塊l、模擬視頻解碼模塊2、 接口模塊3和電源模塊4。模擬視頻解碼模塊2以及接口模塊3均與嵌入式處理模塊1相連。 電源模塊4分別連接嵌入式處理模塊1與模擬視頻解碼模塊2。其中嵌入式處理模塊1由嵌 入式處理器5、內(nèi)存單元6、 EEPROM 7以及Flash存儲單元8構(gòu)成；接口模塊3則包含USB 視頻接口9、 USBClient接口 10、 Debug串行接口 11，用于連接GPRS模塊的串行接口 12， 以及MMC/SD卡插槽13。電源模塊4負(fù)責(zé)向嵌入式處理模塊1與模擬視頻解碼模塊2提供 各自所需的穩(wěn)壓直流電；嵌入式處理模塊1通過嵌入式處理器5上的GPIO 口連接并控制模 擬視頻解碼模塊2，將模擬攝像設(shè)備傳送過來的PAL/NTSC制式CVBS信號轉(zhuǎn)換為符合 ITU656格式的字節(jié)流，并傳輸至內(nèi)存單元6;嵌入式處理模塊1亦可通過USB視頻接口 9 讀取支持USB1.1或2.0協(xié)議的數(shù)字?jǐn)z像頭傳送的數(shù)字圖像信號。嵌入式處理模塊1每獲得一 幀視頻數(shù)據(jù)，即對其進(jìn)行智能分析，并可將結(jié)果保存至MMC/SD卡，或者通過串行接口 12 送至外部與系統(tǒng)連接的GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，經(jīng)由GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。傳 送的數(shù)據(jù)如果包含該幀圖像，嵌入式處理模塊1可對其作JPEG壓縮，以降低數(shù)據(jù)傳輸量。 本發(fā)明可通過USB Client接口 10或Debug串行接口 11與外部計(jì)算機(jī)通信。本發(fā)明中嵌入式處理模塊1采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT91RM9200處理器作為嵌入式處 理器5，其工作頻率為200MHz，工作溫度-4(TC 80°C;內(nèi)存單元6選用兩片32M字節(jié)SDRAM (共64M Byte); 128k比特IIC接口的EEPROM作為EEPROM 7存儲上電后的系統(tǒng)引導(dǎo)程 序；Flash存儲單元8選用一片64M字節(jié)NAND Flash芯片存放操作系統(tǒng)和控制程序等。Flash 存儲單元8的分區(qū)結(jié)構(gòu)如下Flash存儲空間主要可分為0 3共4個(gè)分區(qū)，其中分區(qū)0存放 系統(tǒng)的二級BIOS啟動(dòng)代碼；分區(qū)1存放Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件；分區(qū)2存放根文件 系統(tǒng)(只讀)；分區(qū)3采用可讀寫的片上文件系統(tǒng)，存放系統(tǒng)運(yùn)行所需要的可更改的文件。本發(fā)明的啟動(dòng)細(xì)節(jié)如下系統(tǒng)上電后，嵌入式處理器5首先從EEPROM7中載入啟動(dòng)代 碼(主要包括NAND Flash驅(qū)動(dòng)代碼)到內(nèi)存單元6并執(zhí)行；之后嵌入式處理器5從Flash存 儲單元8中讀取二級啟動(dòng)代碼到內(nèi)存單元6，為解壓Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像做準(zhǔn)備；解壓完 畢后，系統(tǒng)進(jìn)入操作系統(tǒng)啟動(dòng)階段，并初始化相關(guān)硬件，掛載存放于Flash存儲單元8分區(qū)2 中的只讀根文件系統(tǒng)，以及分區(qū)3中的可讀寫文件系統(tǒng)；啟動(dòng)結(jié)束后，系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行所需 要的視頻監(jiān)控程序。系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，Debug串行接口 11為默認(rèn)端口。用戶可通過計(jì) 算機(jī)連接串口 11對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，也可以利用串口 11更新系統(tǒng)軟件。本發(fā)明提供USB Client接口 10，為本系統(tǒng)與外部計(jì)算機(jī)之間提供更快捷的通信方式。用 戶可根據(jù)需要開發(fā)相應(yīng)的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，方便本發(fā)明與外部計(jì)算機(jī)在必要時(shí)進(jìn)行高速度的數(shù) 據(jù)傳輸。 本發(fā)明中所采用模擬視頻解碼模塊的結(jié)構(gòu)見圖2，其設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)如下嵌入式處理器5通過CPLD 14與視頻解碼器15相連，控制視頻解碼器15的運(yùn)行(包括視頻解碼器15的初始 化設(shè)置等)；視頻解碼器15的主要功能是將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻字節(jié)流；CPLD 14 負(fù)責(zé)將解碼器15輸出的字節(jié)流存入靜態(tài)存儲器16中；嵌入式處理器5則可在一幀圖像轉(zhuǎn)換 完畢之后，通過CPLD 14從靜態(tài)存儲器16中快速讀取視頻數(shù)據(jù)，并交由識別算法作進(jìn)一歩 處理。嵌入式處理器5對解碼器15、 CPLD 14的控制，以及對靜態(tài)存儲器16內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取 操作均通過GPIO 口完成。本發(fā)明使用Philips公司的SAA7113視頻解碼器，其工作狀態(tài)的設(shè)置均通過IIC總線進(jìn)行。 工作時(shí)，系統(tǒng)利用嵌入式處理器的兩個(gè)GPIO 口模擬nC總線的SDA和SCL信號，對視頻解 碼器15設(shè)置各項(xiàng)操作命令。本發(fā)明中選用的CPLD 14為Lattice公司的LC4128V，靜態(tài)存儲 器16采用ISSI公司的IS61LV5128存儲芯片(容量512K字節(jié))。由于每次都在連續(xù)地址范圍 內(nèi)存儲視頻數(shù)據(jù)，本發(fā)明在CPLD中設(shè)置計(jì)數(shù)器，并將其輸出作為靜態(tài)存儲器的地址信號。 讀視頻數(shù)據(jù)之前，計(jì)數(shù)器輸出被設(shè)置為視頻數(shù)據(jù)存儲區(qū)的起始地址，嵌入式處理器5通過 GPIO 口每讀到一個(gè)字節(jié)，就向CPLD 14發(fā)送一個(gè)計(jì)數(shù)信號，使得靜態(tài)存儲器16的輸入地址 上升一位，以便讀取下一個(gè)字節(jié)。采用這種方式，充分利用CPLD的大量1/0 口和快速運(yùn)算 功能，減輕了嵌入式處理器的工作負(fù)擔(dān)，為識別算法的執(zhí)行預(yù)留了充足的系統(tǒng)資源。本發(fā)明中模擬視頻解碼模塊由專為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)控制，該驅(qū)動(dòng)作為內(nèi)核模 塊運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng)中。用戶可依照Linux系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范，以設(shè)備文件的形式讀取視 頻數(shù)據(jù)。本發(fā)明中模擬視頻解碼模塊支持的最高分辨率為720x288，系統(tǒng)處理速度最高可達(dá)2fps。 而USB數(shù)字視頻的處理速度則由攝像頭提供的分辨率大小，以及采用的USB協(xié)議版本決定。 本發(fā)明與外部GPRS模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率最高可達(dá)115200。
權(quán)利要求1、 一種嵌入式視頻處理設(shè)備，其特征是它包括嵌入式處理模塊(1)、模擬視頻解碼模塊(2)、接口模塊(3)以及電源模塊(4);模擬視頻解碼模塊(2)和接口模塊(3)均與嵌入式處理模塊(1)相連；電源模塊(4)分別連接嵌入式處理模塊(1)和模擬視頻解碼模塊 (2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式視頻處理設(shè)備，其特征是嵌入式處理模塊(1)由嵌入式處理器(5)、內(nèi)存單元(6)、 EEPROM (7)以及Flash存儲單元(8)構(gòu)成；該模塊可運(yùn) 行嵌入式操作系統(tǒng)，并可執(zhí)行高運(yùn)算量的視頻監(jiān)測程序。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式視頻處理設(shè)備，其特征是模擬視頻解碼模塊(2)由復(fù) 雜可編程邏輯器件(14)、視頻解碼器(15)以及靜態(tài)存儲器(16)構(gòu)成；系統(tǒng)通過嵌入式處 理器(5)上的GPIO 口對該模塊進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸，可以將PAL/NTSC制的復(fù)合電視信號 解碼為符合ITU-656格式的字節(jié)流。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式視頻處理設(shè)備，其特征是接口模塊(3)包含用于讀取 USB攝像設(shè)備的USB視頻接口 (9X用于與計(jì)算機(jī)通信的USB Client接口 (10)和Debug 串行接口 (11)，用于連接外部GPRS模塊的串行接口 (12)，以及MMC/SD卡插槽(13)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種嵌入式視頻處理設(shè)備，包括由嵌入式處理器、內(nèi)存單元、EEPROM和Flash存儲單元構(gòu)成的嵌入式處理模塊，電源模塊，用于接收復(fù)合電視信號的模擬視頻解碼模塊，以及由USB接口，RS-232串行接口，SD\MMC卡插槽等組成的接口模塊；本實(shí)用新型支持從模擬攝像設(shè)備或USB數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備中讀取視頻數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行各類監(jiān)測與分析，并可將結(jié)果存儲到SD\MMC卡或通過串口傳送至與本系統(tǒng)相連的外部GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，經(jīng)由GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。本實(shí)用新型為各種智能監(jiān)測算法提供了一個(gè)嵌入式的運(yùn)行平臺，使得智能識別技術(shù)可以方便地與遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方式中存在的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、智能化水平低等不足。本實(shí)用新型成本低，可靠性好，適用于多種監(jiān)控算法，以及各類監(jiān)控場合的需要，具有廣闊的市場前景和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號H04N7/18GK201039367SQ20072003647
公開日2008年3月19日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者丁文昊, 翔 朱, 惠 王, 杰 袁, 都思丹 申請人:南京大學(xué)