基于PXA255和JPEG压缩算法的嵌入式视频监视系统

1 嵌入式系统的硬件构成
1.1 视频数据采集终端
现场视频信号的获取采用基于PXA255的嵌入式CPU构建的开发平台Sitsang开发板。基于PXA255的Sitsang嵌入式开发板是一个功能强大的嵌入式开发平台，其CPU工作主频为 MHz，具有64M闪盘的存储容量，内部RAM达到了32M，并且具有丰富的外设资源。其中Sitsang板上自带的USB接口（USB1.0）能够与USB摄像头进行连接，从而满足本设计中视频信号的采集要求。本设计采用MDC-30L作为视频采集设备，直接通过USB接口与Sitsang板进行连接。
1.2 无线局域网
采用无线网络传输方式，不仅能够省去布线等施工操作，并且配置简单，便于进行设备的检修和维护。无线网络设备采用TEW-310APB无线网桥，它具有下列多种优点，便于进行图像传输：采用直接序列扩频 (DSSS)技术；提供高的数据速率带宽达 22Mbps；提供 64/128/256位有线等效保密 (WEP)编码；浏览器WEB配置和基于 Windows的配置软件；通过无线用户的MAC地址进行访问控制；分开的 2dBi双极天线，更换其中任何一个天线为高增益天线即可以扩大信号覆盖范围。DHCP服务支持高达100个客户端 ；10/100Mbps自适应快速以太网端口。
1.3 监视服务器
服务器中完成了多路视频信号的采集和转发工作，通过不同的端口与需要进行视频监控的客户机进行通讯，并传输压缩好的视频数据。因此，可以选择一般服务器计算机就能满足要求。
1.4 移动监视终端
移动监控终端我们同样采用Sitsang开发板来进行设计。服务器收到相关数据后可以根据要求把数据转发给移动终端，移动终端通过无线网桥接收数据后在液晶屏上进行相应的显示，这样方便监控人员随时随地了解现场发生的情况。
系统硬件实现框图如图1所示：

图1 硬件构成
2 系统的软件设计
2.1 Linux 下开发平台的建立
Sitsang嵌入式开发平台适合多种嵌入式操作系统，本文在Sitsang开发板上构建了基于ARM的嵌入式Linux操作系统，简称Arm_Linux操作系统，并且对Linux进行了有效的裁剪，使其适应本设计的要求。
要在Linux系统中开发应用程序，必须完成开发环境的建立。首先是建立交叉编译环境，使程序能够在PC机上进行编译、连接，然后下载到目标板（Sitsang板）上运行；其次选择QT作为Linux环境下可视化界面的开发工具，Qt是Linux下免费的面向对象的开发环境，它具有优良的跨平台性能，支持绝大多数系统常用的API函数；最后要进行内核的裁剪。
2.2 Linux 内核的裁剪和建立
原始的linux内核提供了较完备的系统资源，为开发目标的实现提供了多种可行性方案的硬件支持，但是考虑到更充分的利用硬件资源和系统的稳定性，就要根据所需要的资源对内核进行相应的配置，增加需要的设备资源，不需要的资源可不必加载其驱动程序。
根据我们对这套系统的要求，确定了以下所用硬件：USB Host controller、USB Client、Touch Screen、LCD、FF UART、BT UART、LAN、VIDEO等设备资源以及与它们相关的一些接口总线设备。对于IrDA，USB鼠标键盘等设备我们没有用到，从内核中进行删除。
2.3 软件系统的实现
软件分成几个模块来进行设计：
2.3.1 视频采集处理模块
这是整个系统软件的“底层”工作部分。它直接通过摄像头完成现场视频图像的实时采集，并进行相关的初步处理，为网络发送作好准备。
2.3.2 网络通讯模块
此模块接收视频采集模块和状态参数采集模块提供的相关数据，传递给监控服务器以备下一步处理；同时，它还可以转发监控服务器的数据给某个特定的移动监控终端，以便实现移动监控。
2.3.2 视频显示及报警模块
此模块在监控服务器和移动监控终端上都存在，功能也基本相同。它可以实时的显示接收到的视频图像，并在发现图像异常时及时给出报警信号，提醒监控人员进行处理。
2.3.4 文件服务模块
此模块主要是在发生报警后及时记录相关信息，并在硬盘上存贮相关数据，以备将来查阅。
整体软件设计框图如下图2所示：