基于i.MX27的移動(dòng)視頻監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)

摘要：研制了一種基于H．264移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用i．MX27芯片作為嵌入式CPU芯片，片內(nèi)集成了H．264硬件編解碼視頻處理單元。從系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分介紹了系統(tǒng)的視頻采集、壓縮、存儲(chǔ)、傳輸及系統(tǒng)控制等方面設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)集成度高、成本低、功耗小、功能多而強(qiáng)大，在移動(dòng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：嵌入式；i．MX27；H．264；視頻編解碼；無(wú)線傳輸

0 引言
    i．Mx27多媒體應(yīng)用處理器是飛思卡爾半導(dǎo)體DragonBall家族的最新成員，片內(nèi)集成H．264／MPEG4／H．263全雙工硬件編解碼視頻處理單元，可廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控、數(shù)字錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)、V2IP可視電話、IPTV機(jī)頂盒、智能手機(jī)、便攜式多媒體播放器、移動(dòng)電視、車載多媒體產(chǎn)品等。
    設(shè)計(jì)了一種基于i．MX27的移動(dòng)視頻監(jiān)控終端，應(yīng)用于公交視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。終端采集的視頻數(shù)據(jù)和GPS位置信息可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦徽{(diào)度監(jiān)控中心，在網(wǎng)絡(luò)不佳的情況下也可以在本地保存視頻數(shù)據(jù)和GPS位置信息，在公交車到站后通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集中高速傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

1 公交視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能描述
1．1 系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)功能描述
    (1)視頻監(jiān)控功能。車載設(shè)備最多支持4個(gè)攝像頭，可分別監(jiān)控前后車門、車廂前后；
    (2)GPS定位功能。視頻監(jiān)控設(shè)備應(yīng)該從GPS設(shè)備獲取當(dāng)前時(shí)間、經(jīng)緯度信息，并以時(shí)間標(biāo)簽形式嵌入錄制的視頻文件或視頻流中(即字幕方式)；GPS的信息(每秒1條)同時(shí)寫(xiě)入日志文件，用于后期的增值處理：視頻設(shè)備內(nèi)部保存的視頻文件與此GPS日志文件一一對(duì)應(yīng)；
    (3)成批通訊功能。當(dāng)車輛位于停車場(chǎng)、站等有WIFI／WinMax等高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的位置時(shí)，可隨時(shí)進(jìn)入后臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸工作模式。傳輸?shù)膬?nèi)容包括視頻文件與GPS日志；
    (4)實(shí)時(shí)通訊功能。當(dāng)終端安裝有GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)通訊模塊功能時(shí)，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)和GPS位置信息的傳輸。

2 移動(dòng)視頻監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)
    移動(dòng)視頻監(jiān)控傳輸終端采用i．MX27為核心器件，外擴(kuò)了GPS模塊、WIFI模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)視頻的采集、存儲(chǔ)、無(wú)線傳輸功能。同時(shí)通過(guò)GPS信息可以準(zhǔn)確地定位移動(dòng)設(shè)備的實(shí)時(shí)位置。
    系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 移動(dòng)視頻監(jiān)控終端軟件設(shè)計(jì)
    終端系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，以提高服務(wù)的可靠性和系統(tǒng)效率。軟件主流程框圖如圖3所示。

3．1 終端應(yīng)用軟件
3．1．1 視頻采集、編碼、存儲(chǔ)
    視頻編碼采用H．264標(biāo)準(zhǔn)，以較少的數(shù)據(jù)提高更高的視頻清晰度。視頻本地存儲(chǔ)采用大容量SD卡或U盤。不采用移動(dòng)硬盤，以避免公交車運(yùn)行中因震動(dòng)而造成移動(dòng)硬盤的損壞。
3．1．2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸
    終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)有WIFI高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在WIFI熱點(diǎn)遍及的地方采用WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，其他情況下可以通過(guò)GPRS／CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
3．1．3 GPS信息及其他信息的采集和處理
    終端系統(tǒng)每秒保存實(shí)時(shí)GPS信息，并實(shí)現(xiàn)和視頻數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。同時(shí)還定時(shí)采集其他一些報(bào)警檢測(cè)等周邊信號(hào)，供系統(tǒng)處理。
3．2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理
3．2．1 視頻實(shí)時(shí)傳輸處理機(jī)制
    在網(wǎng)絡(luò)帶寬不穩(wěn)定或者較差的情況下，為了盡量保證網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器傳輸?shù)椒?wù)器的視頻數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)采用了雙重處理機(jī)制：
    (1)單位時(shí)間內(nèi)比較視頻歷史緩沖中的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)大于500包，則執(zhí)行清除歷史緩沖操作，并重新關(guān)閉打開(kāi)編碼器來(lái)編碼出一個(gè)新的IDR幀用于傳輸；
    (2)定時(shí)比較當(dāng)前編碼幀的時(shí)間與待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的時(shí)間的差值，如果時(shí)間大于5s，則執(zhí)行清除歷史緩沖的操作，并重新關(guān)閉打開(kāi)編碼器來(lái)編碼出一個(gè)新的IDR幀用于傳輸；
    (3)另外為了保證對(duì)帶寬的充分利用，保證傳輸?shù)椒?wù)器端的碼流可以正常播放，現(xiàn)在在清除歷史緩沖的時(shí)候增加了I幀的完整性判斷，必須保證當(dāng)前傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)非I幀才執(zhí)行清除歷史緩沖的操作；
3．2．2 視頻捕獲和編碼部分的具體實(shí)現(xiàn)

4 結(jié)束語(yǔ)
    本文闡述了基于i．MX27的移動(dòng)視頻監(jiān)控終端的實(shí)現(xiàn)原理以及在公交調(diào)度監(jiān)控中的應(yīng)用，著重介紹了移動(dòng)視頻監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)其中的一些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的描述。該系統(tǒng)已經(jīng)在公交監(jiān)控中試運(yùn)行，并取得了良好的使用效果。