基于ML86500的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案設(shè)計(jì)

近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展以及寬帶網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(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(hào)不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須重復(fù)布線，安裝方便靈活；最后，數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可直接存儲(chǔ)，查詢簡(jiǎn)便快捷。

目前，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(hào)的編碼處理，但此類方案一般成本較高。本文設(shè)計(jì)的基于ML86500的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案具有高壓縮率、低帶寬占用、高圖像質(zhì)量以及低成本等優(yōu)勢(shì)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體方案

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)硬件總體方案如圖1所示。

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網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本原理為：CCD傳感器將光線轉(zhuǎn)變成電荷，并輸出CVBS模擬視頻信號(hào)給視頻解碼芯片(TW9910)；視頻解碼芯片將CVBS模擬視頻信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)成YUV 4：2：2格式的數(shù)字信號(hào)，并輸出給視頻編碼芯片——ML86500；ML86500對(duì)視頻信息進(jìn)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(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶機(jī)(PC)，遠(yuǎn)程客戶機(jī)解碼還原視頻信息進(jìn)行播放。

2.2 MPEG4實(shí)時(shí)編碼器電路

ML86500是OKI公司開發(fā)的實(shí)時(shí)MPEG4圖像壓縮(編碼)處理單芯片產(chǎn)品，該芯片靈活運(yùn)用了OKI獨(dú)創(chuàng)算法及專用加速器，低成本實(shí)現(xiàn)了高畫質(zhì)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是面向監(jiān)視攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等圖像監(jiān)控設(shè)備。因此本網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案中的視頻編碼芯片選用ML86500。

ML86500內(nèi)部的原理見圖2。

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ML86500主要技術(shù)指標(biāo)：

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(hào)8 b、色度信號(hào)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；

外部SDRAM接口；

通用8／16位主機(jī)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(shí)時(shí)編碼器電路參見圖3。

ML86500的內(nèi)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(huì)干擾內(nèi)核電路，因此PLL電路通過一個(gè)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(shí)鐘，考慮到防止27 MHz有源晶振對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生干擾，為27 MHz有源晶振的電源供電設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

3.1 軟件總體方案

軟件總體方案參見圖4。

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在本軟件總體設(shè)計(jì)方案中，采用了分層模塊化設(shè)計(jì)，各層之間是一種弱耦合關(guān)系，這樣各功能模塊獨(dú)立，便于開發(fā)和維護(hù)，該系統(tǒng)具有良好的移植性。RTOS操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間增加Free OS API層，減少了操作系統(tǒng)變更時(shí)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(jìn)行媒體播放、查看和設(shè)置參數(shù)；提供FTP功能，便于用戶傳輸文件，進(jìn)行程序升級(jí)；提供SNTP功能，保證IP-Camera的時(shí)間能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)器同步；提供DDNS功能，能夠讓用戶通過動(dòng)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(shí)時(shí)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(shè)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(shí)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。

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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(yùn)行后，將等待信號(hào)量，將自己掛起。當(dāng)ML86500產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中會(huì)發(fā)送信號(hào)給MPEG4 TASK，MPEG4 TASK重新運(yùn)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(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端(PC)。

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4 結(jié) 語(yǔ)

本方案已經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，能夠支持PAL／NTSC制式的視頻信號(hào)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(luò)傳輸帶寬支持20 kb／s～6 Mb／s，低成本實(shí)現(xiàn)了高畫質(zhì)，并且圖像實(shí)時(shí)性好，可廣泛應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、交通、家庭等多種視頻監(jiān)控場(chǎng)合，非常具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。