引言

　　圖像與視頻監控系統是應用計算機與通信技術實現對目標地區信息監控的系統，常應用于交通、能源、公安、電信、軍事等部門。隨著圖像與視頻監控系統的應用領域不斷擴大，遠程圖像與視頻監控系統應運而生，它滿足了遠距離監控的要求。數字視頻監控系統是以計算機或嵌入式系統為中心、視頻處理技術為基礎，是符合圖像數據壓縮的國際標準。綜合利用圖像傳感器、計算機網絡、自動控制和人工智能等技術的一種新型監控系統。由于數字視頻監控系統對視頻圖像進行了數字化，所以與傳統的模擬監控系統相比，數字監控具有許多優點。數字化的視頻系統可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。數字化視頻處理技術提高了圖像的質量與監控效率，使系統易于管理和維護。整個系統是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用和維護。正是由于數字視頻監控技術具有傳統模擬監控技術無法比擬的優點，而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發展趨勢，所以數字視頻監控技術正在逐步取代模擬監控技術，廣泛應用于各行各業。嵌入式系統以體積小、實時性強、性價比高、穩定性好等特點在社會的各個領域中得到了廣泛應用。基于ARM嵌入式的數字化遠程監控是基于現代通信技術的一種新應用。本設計是一種嵌入式系統，以 ARM硬件平臺為核心實現了對現場的實時監控，并通過無線網絡把視頻圖像傳輸到主機端，以實現分析、存儲和顯示等功能，與傳統的模擬監控系統相比：它的組網成本大大降低，系統體積重量大大減小，運行維護更容易。

1 監控系統方案介紹

　　遠程監控系統的網絡結構設計直接影響到系統的性能，目前監控系統網絡的實現大致有三種方案。分別介紹如下：

　　（1）采用代理服務器的方法

　　代理服務器一般由PC來充當，一方面運行TCP/IP協議實現Internet接入功能，另一方面通過簡單總線結構（RS232、RS485等）與嵌入式系統相連接。如圖1所以。系統中只需要有一部分與代理服務器通信的代碼即可。其優點是可以很方便地解決設備上網的問題，開發難度低；缺點是接入成本比較高，不利于大規模推廣。該方案比較適合大型或較昂貴工業設備的上網需求，不適合用于低價格的設備。

　　（2）通過直接在嵌入式處理器上實現TCP/IP協議來實現Internet接入功能這種方案沒有使用操作系統，大大節省了資源，但是對處理器的性能要求較高，同時增加了開發的難度，技術實現上也比較困難。

　　（3）采用一個基于ARM Linux 的網絡監控系統

　　這種方案和第二種方案類似，但是它只用嵌入式ARM Linux 操作系統，在操作系統上運行TCP/IP 協議。目前大多數嵌入式操作系統都帶有TCP/IP協議棧，這降低了開發的難度，實現起來比較靈活。由于嵌入式操作系統的運行需要占用相當的處理器資源和存儲器空間，對硬件配置也有較高的要求。采用第三種方案，可以節省開發時間、縮短開發周期。監控系統一般都還要在控制現場配置一臺工控機或高性能微機做服務器，用來存儲中間數據，處理實時性要求較高的事件，響應監控終端的監控請求。

2 監控系統硬件設計

　　采用基于ARM嵌入式的網絡監控系統，它采用TCP/IP網絡協議標準，系統組網簡單，傳輸數據量大，速度快，整個系統結構簡單。尺寸微小、價格低廉。遠程計算機可做到無需額外程序，通過WEB瀏覽器就能對設備進行檢測，而且應用程序易于開發、實現信息的完整共享。在該系統中ARM負責程序控制和網絡通信，圖像和視頻采集模塊負責數據獲取和處理。當數據或命令數據傳輸過來后，ARM系統進行命令處理后，將命令數據傳輸或顯示在LCD上，同時系統負責將處理的結果經過網絡接口上傳出去。系統接收到數據命令后，經過算法處理后，驅動D/A輸出或根據A/D輸入進行數據處理后，將結果傳給ARM。系統具有以下幾個基本功能：數據采集、數據分析和處理、程序控制、網絡傳輸。

2.1 ARM視頻監控平臺

　　ARM的系統擴展槽和設備擴展槽，用于為ARM系統添加如以太網接口、海口數據存儲接口和PCMCIA等接口，或者用于其他的功能開發板，為ARM系統擴展了CMOS圖像獲取功能和VGA顯示功能。

　　其中，VGA接口是通過電阻網絡實現4096色彩色顯示。與SRAM訪問相關的寄存器有：SDRAM控制寄存器、讀地址低16位、讀地址高16位、讀出數據寄存器、寫地址低16位、寫地址高16位、寫入數據寄存器；與CMOS圖像采集有關的寄存器有CMOS采集控制寄存器、CMOS采集狀態寄存器；與VGA顯示有關的寄存器是VGA顯示控制寄存器。它具有以下特點：

　　（1）實時性好，能滿足數據采集和數據處理的實時性要求。

　　（2）性價比高，在滿足要求的情況下，系統成本應盡量低。

　　（3）可控性好，能夠實現遠距離控制和數據傳輸。

2.2數據采集模塊

　　視頻源信號來自于一個高集成度的CMOS數字圖像傳感器模塊MB86S20，它是富士通的產品。MB86S02不但集成了CMOS圖像傳感陣列、自動增益信號放大器、模數轉換器，還包括了色彩信號處理和微型鏡頭，包含了圖像采集的所有前端處理，可以直接輸出數字信號。

　　MB86S02是基于CMOS工藝，使用有源像素的傳感器，與傳統的CCD傳感器相比有如下不同點。

（1）成像過程

　　ccd和cmos使用相同的光敏材料，因而受光后產生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：ccd是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移，整個電路非常復雜，讀出速率慢；cmos 則以類似 dram的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

（2）集成度

　　采用特殊技術的ccd讀出電路比較復雜，很難將a/d轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個芯片組合實現，同時還需要一個多通道非標準供電電壓。借助于大規模集成制造工藝，cmos圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數cmos圖像傳感器同時具有模擬和數字輸出信號。

（3）電源、功耗和體積

　　ccd需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。cmos只需一個單電源(3v~5 v)供電，其功耗相當于ccd的1/10，高度集成cmos芯片可以做的相當小。