《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于3G網(wǎng)絡(luò)的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)
摘要: 本系統(tǒng)視頻監(jiān)控部分是在InterPXA270為核心的硬件平臺(tái)上,通過構(gòu)建嵌入式WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用。該設(shè)計(jì)以流接口方式開發(fā)攝像頭驅(qū)動(dòng),并利用攝像頭驅(qū)動(dòng)提供的接口,實(shí)現(xiàn)嵌入式WindowsCE下實(shí)時(shí)圖像的數(shù)據(jù)采集,對原始圖像進(jìn)行MPEG-4格式的編碼壓縮,同時(shí)在WindowsCE端利用SOCKET編程,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。
Abstract:
Key words :

  引言

  隨著第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的成熟發(fā)展,基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。本文基于3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、可靠性強(qiáng)、傳輸速率快的優(yōu)勢,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的可視監(jiān)控。本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的電子式汽車防盜報(bào)警器的基礎(chǔ)上,通過擴(kuò)展通用接口,實(shí)現(xiàn)了對于車體原有報(bào)警系統(tǒng)的功能擴(kuò)展,其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本文著重闡述該系統(tǒng)視頻監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

總體結(jié)構(gòu)框圖

  本系統(tǒng)視頻監(jiān)控部分是在InterPXA270為核心的硬件平臺(tái)上,通過構(gòu)建嵌入式WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用。該設(shè)計(jì)以流接口方式開發(fā)攝像頭驅(qū)動(dòng),并利用攝像頭驅(qū)動(dòng)提供的接口,實(shí)現(xiàn)嵌入式WindowsCE下實(shí)時(shí)圖像的數(shù)據(jù)采集,對原始圖像進(jìn)行MPEG-4格式的編碼壓縮,同時(shí)在WindowsCE端利用SOCKET編程,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。

  1 硬件平臺(tái)

  現(xiàn)有的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1虛線框內(nèi)所示,本文著重設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是此系統(tǒng)的視頻監(jiān)控部分。視頻監(jiān)控部分的硬件包括三個(gè)部分,采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的攝像頭、多媒體處理器和通信模塊。硬件搭建結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。視頻監(jiān)控部分的硬件平臺(tái)是以InterXScale微體系結(jié)構(gòu)的InterPXA270處理芯片為核心,選用SIM5218模塊作為3G通信模塊,采用雙端口RAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻處理和圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖3G通信模塊的雙CPU之間通信。其中,InterPXA270芯片的主頻為520Hz,同時(shí)加入WirelssMMX技術(shù),大大提高了多媒體處理能力。此外PXA270的InterSpeedStep動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù),在保證CPU性能的情況下降低了設(shè)備的功耗;西門子公司的3G通信模塊SIM5218支持高達(dá)7.2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率,并且提供UART、USB2.0、GPIO和I2C等豐富的外圍接口,降低了設(shè)計(jì)難度;本設(shè)計(jì)中攝像頭選擇了網(wǎng)眼2000,它采用OV511芯片為核心,具有COMS35萬像素的清晰度,并采用USB方式通信,可以采用流接口的方式實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

硬件搭建結(jié)構(gòu)圖

  2 軟件功能

  基于WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件架構(gòu)包括兩部分。

  利用PlatformBuilder定制WindowsCE系統(tǒng)并開發(fā)USB攝像頭驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)發(fā)送端的開發(fā),本文詳細(xì)介紹USB攝像頭驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和發(fā)送端的程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖

  WindowsCE流接口驅(qū)動(dòng)程序是具有定制接口的驅(qū)動(dòng)程序,表現(xiàn)為在用戶一級的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL,是一般類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。流接口驅(qū)動(dòng)程序中用來實(shí)現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為流接口函數(shù),這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動(dòng)程序。流接口驅(qū)動(dòng)程序幾乎支持任何類型的可以連接到基于WindowsCE.net的平臺(tái)外部設(shè)備,其中包括USB設(shè)備。

  流接口驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是把外設(shè)的使用傳遞給應(yīng)用程序,這是通過把設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個(gè)特殊文件實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序通過文件系統(tǒng)的API函數(shù)調(diào)用流接口函數(shù),然后流接口驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用本機(jī)驅(qū)動(dòng)或者通過設(shè)備管理器與系統(tǒng)內(nèi)核或外圍打交道。

  2.1 攝像頭驅(qū)動(dòng)程序的流接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

  開發(fā)攝像頭驅(qū)動(dòng)程序涉及到一組標(biāo)準(zhǔn)的流接口驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù),如CAM_Init()、CAM_Deinit()、CAM_Open()、CAM_Read()等,這些函數(shù)是接口驅(qū)動(dòng)程序的DLL接口,其中CAM_Init()、CAM_Open()、CAM_Read()和CAM_IOControl()最為重要。下面對這些重要函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

 ?。?)CAM_Init()

  CAM_Init()函數(shù)是通過設(shè)備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數(shù)調(diào)用。在設(shè)備初始化時(shí)通過ActiveDeviceEx()將設(shè)備句柄信息寫入Drivers\Active下面,當(dāng)應(yīng)用程序初始化時(shí),注冊表的地址將以Context參數(shù)形式傳給CAM_Init(),利用RegOpenKeyEx()、RegQueryValueEx()等函數(shù)執(zhí)行打開和讀寫注冊表操作,等執(zhí)行成功后返回USB設(shè)備的句柄信息等。驅(qū)動(dòng)程序的部分源代碼:

驅(qū)動(dòng)程序的部分源代碼

 ?。?)CAM_Open()

  在對設(shè)備進(jìn)行讀操作之前,首先要先通過執(zhí)行CeratFile()來調(diào)用CAM_Open()打開設(shè)備,CAM_Open()所需的第一個(gè)參數(shù)是應(yīng)用程序初始化時(shí)由CAM_Init()返回的設(shè)備句柄等信息,然后將設(shè)備關(guān)閉的事件設(shè)為無信號狀態(tài)。

  下面是部分源碼:

部分源碼

   程序中涉及的EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()兩個(gè)函數(shù)的作用是保證在臨界區(qū)內(nèi)所有被訪問的資源不被其他線程訪問,直到當(dāng)前線程執(zhí)行完臨界區(qū)代碼。EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()分別表示為進(jìn)入臨界區(qū)和退出臨界區(qū)。

 

  (3)CAM_IOControl()

  程序設(shè)計(jì)中通過CreatFile()函數(shù)調(diào)CAM_Open()打開攝像頭設(shè)備,通過ReadFile()將返回值傳給CAM_IOControl()流接口函數(shù),而CAM_IOControl()則調(diào)用OV51xReadOneFrame()對USB設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。下面是部分源碼:

部分源碼

  對于USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸,一共有四種傳輸類型,分別是控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和實(shí)時(shí)傳輸,這四種傳輸類型分別應(yīng)用到不同的USB設(shè)備。其中實(shí)時(shí)傳輸適用于以固定速率或特定時(shí)間內(nèi)傳輸,可以容忍偶爾錯(cuò)誤的流數(shù)據(jù)情況,對于USB攝像頭這種實(shí)時(shí)性要求比較高的設(shè)備一般選用實(shí)時(shí)傳輸,所以在CAM_Read()中就需要用到實(shí)時(shí)傳輸函數(shù)IssueIsochTransfer()來讀取攝像頭采集的數(shù)據(jù)。如果IssueIsochTransfer()執(zhí)行后返回一個(gè)標(biāo)示句柄,則代表執(zhí)行成功,如果無返回值,則表示執(zhí)行失敗。

  在每次得到一包數(shù)據(jù)時(shí),查找?guī)_始標(biāo)記,如果查找到,則復(fù)制剩余的所有數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序的緩沖中。在程序的Ov51xReadOneFrame()函數(shù)中,pDataBuff申請了9610B空間,dwFrameLen為10次傳輸每次的長度,這里都設(shè)置為961。圖4為Ov51ReadFrame()軟件流程圖。

軟件流程圖

  2.2 通信發(fā)送端的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

  通信發(fā)送端主要完成RTP/RTCP協(xié)議封裝和解封裝、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與數(shù)據(jù)獲取。本文所實(shí)現(xiàn)的是基于RTP/UDP/IP協(xié)議棧的MPEG-4實(shí)時(shí)流媒體傳輸,是移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的子模塊。采用JRTPLIB庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)RTP的實(shí)時(shí)傳輸。傳輸部分的系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

部分的系統(tǒng)架構(gòu)

  該發(fā)送端的主要功能是將音視頻流封裝到RTP包內(nèi)通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送給接收端,同時(shí)發(fā)送和接收RTCP包進(jìn)行反饋控制,以期達(dá)到最佳效果?;赪indowsCE平臺(tái)通過調(diào)用JRTPLIB函數(shù)庫來編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流媒體傳輸。

  由于RTP協(xié)議并不作為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)層來實(shí)現(xiàn),它采用應(yīng)用層組幀的理念,作為應(yīng)用程序代碼的一部分,本文針對一個(gè)具體媒體的應(yīng)用通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)RTP封裝分組,然后將RTP分組交給UDP接口,采用JTHREAD作為線程庫,完成多線程的操作。利用RTP來做視頻傳輸分2個(gè)session來完成:一個(gè)負(fù)責(zé)聲音傳送;另一個(gè)負(fù)責(zé)視頻傳送。

  發(fā)送端的部分主程序如下:

發(fā)送端的部分主程序

  3 結(jié)語

  本文在現(xiàn)有的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過接口的擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)了基于3G網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控功能,并詳細(xì)闡述了攝像頭的流接口函數(shù)和通信發(fā)送端的設(shè)計(jì)。此外,通過該系統(tǒng)的通用接口的擴(kuò)展,該系統(tǒng)還可與具體行業(yè)或家庭應(yīng)用相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)手機(jī)對于小范圍環(huán)境的可視化監(jiān)控。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不但對于汽車防盜產(chǎn)品的發(fā)展有著重要的意義,同時(shí)對于基于3G網(wǎng)絡(luò)的可視化監(jiān)控的發(fā)展提供了良好的應(yīng)用前景。

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