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基于ML86500的網(wǎng)絡攝像機方案設計
1 引 言
近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術、多媒體技術、嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術的高速發(fā)展以及寬帶網(wǎng)絡的不斷普及，視頻監(jiān)控已逐漸走近了人們的生活。與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控相比，IP視頻監(jiān)控克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計算機網(wǎng)絡(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻利用現(xiàn)有的計算機互聯(lián)網(wǎng)絡，無須重復布線，安裝方便靈活；最后，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可直接存儲，查詢簡便快捷。
目前，網(wǎng)絡攝像機方案多數(shù)采用了CPU+DSP的組合，CPU完成控制、通訊等功能，而DSP則主要完成音頻、視頻信號的編碼處理，但此類方案一般成本較高。本文設計的基于ML86500的網(wǎng)絡攝像機方案具有高壓縮率、低帶寬占用、高圖像質量以及低成本等優(yōu)勢。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 硬件總體方案
網(wǎng)絡攝像機硬件總體方案如圖1所示。
網(wǎng)絡攝像機的基本原理為：CCD傳感器將光線轉變成電荷，并輸出CVBS模擬視頻信號給視頻解碼芯片(TW9910)；視頻解碼芯片將CVBS模擬視頻信號模數(shù)轉換(A／D)成YUV 4：2：2格式的數(shù)字信號，并輸出給視頻編碼芯片——ML86500；ML86500對視頻信息進行編碼壓縮處理，生成MPEG4數(shù)據(jù)流；MPEG4數(shù)據(jù)流經(jīng)RTP協(xié)議封裝經(jīng)過網(wǎng)絡發(fā)送到遠程客戶機(PC)，遠程客戶機解碼還原視頻信息進行播放。
2.2 MPEG4實時編碼器電路
ML86500是OKI公司開發(fā)的實時MPEG4圖像壓縮(編碼)處理單芯片產品，該芯片靈活運用了OKI獨創(chuàng)算法及專用加速器，低成本實現(xiàn)了高畫質，其設計目標就是面向監(jiān)視攝像機、網(wǎng)絡攝像機等圖像監(jiān)控設備。因此本網(wǎng)絡攝像機方案中的視頻編碼芯片選用ML86500。
ML86500內部的原理見圖2。
ML86500主要技術指標：
視頻編碼方式：MPEG4 SP／ASP；
支持的視頻方式：NTSC@29.97 f／s，PAL@25 f／s，VGA，QVGA；
數(shù)據(jù)格式：亮度信號8 b、色度信號8 b(4：2：2)；
支持隔行掃描視頻(NTSC／PAL)；
變換輸入幀率；
碼流編碼模式：CBR／VBR；
通用8／16位主機CPU接口；
電源電壓：3.3 V±0.3 V(IO)，1.5 V±0.15 V(CORE，PLL)；
封裝：144管腳塑料LQFP。
ML86500的實時編碼器電路參見圖3。
ML86500的內棱使用1.5 V電源供電，PLL電路亦使用1.5 V電源供電，考慮到PLL電路可能會干擾內核電路，因此PLL電路通過一個π型低通濾波器供電，消除高頻于擾。
ML86500使用27 MHz有源晶振作為時鐘，考慮到防止27 MHz有源晶振對系統(tǒng)電源產生干擾，為27 MHz有源晶振的電源供電設計了π型低通濾波器。
ML86500需要外接一塊32 b數(shù)據(jù)總線寬度的SDRAM作為數(shù)據(jù)緩存。
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 軟件總體方案
軟件總體方案參見圖4。
在本軟件總體設計方案中，采用了分層模塊化設計，各層之間是一種弱耦合關系，這樣各功能模塊獨立，便于開發(fā)和維護，該系統(tǒng)具有良好的移植性。RTOS操作系統(tǒng)與應用程序之間增加Free OS API層，減少了操作系統(tǒng)變更時軟件移植的工作量。
TCP／IP協(xié)議棧為雙協(xié)議棧，不僅支持現(xiàn)有的IPv4協(xié)議，而且能夠支持下一代的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6；提供HTTP Server功能，用戶可能通過IE訪問IP-Camera，進行媒體播放、查看和設置參數(shù)；提供FTP功能，便于用戶傳輸文件，進行程序升級；提供SNTP功能，保證IP-Camera的時間能與標準時間服務器同步；提供DDNS功能，能夠讓用戶通過動態(tài)域名方式訪問IP-Camera；提供SIP功能，使得IP-Camera能夠與SIP電話通信，使得視頻監(jiān)控更加便捷靈活；媒體數(shù)據(jù)傳輸采用RTP協(xié)議，保證圖像的實時性；文件系統(tǒng)支持FAT16和FAT32格式。
3.2 MPEG4編碼開始及停止流程
MPEG4編碼開始的主要作用是按照設定的參數(shù)初始化視頻解碼芯片、視頻編碼芯片，開始視頻編碼，同時創(chuàng)建MPEG4 TASK，用于讀取視頻數(shù)據(jù)流，發(fā)送數(shù)據(jù)。
MPEG4編碼停止的主要作用是停止視頻解碼芯片、視頻編碼芯片工作，停止MPEG4 TASK。MPEG4編碼開始及停止流程圖如圖5所示。
MPEG4 TASK主要用于讀取視頻數(shù)據(jù)流，發(fā)送數(shù)據(jù)，其主要流程圖如圖6所示。MPEG4 TASK運行后，將等待信號量，將自己掛起。當ML86500產生一幀數(shù)據(jù)時，會產生中斷，在中斷服務程序中會發(fā)送信號給MPEG4 TASK，MPEG4 TASK重新運行，并且讀取MPEG4視頻數(shù)據(jù)流，然后使用RTP協(xié)議通過網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端(PC)。
4 結 語
本方案已經(jīng)過實際測試，能夠支持PAL／NTSC制式的視頻信號輸入，支持D1(N制720*480／P制720*576)、VGA(640*480)、QVGA(320*240)等多種分辨率輸出，網(wǎng)絡傳輸帶寬支持20 kb／s～6 Mb／s，低成本實現(xiàn)了高畫質，并且圖像實時性好，可廣泛應用于倉庫、商場、交通、家庭等多種視頻監(jiān)控場合，非常具有市場競爭力。
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工商網(wǎng)監(jiān)
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