隨著3G技術在國內的逐步推廣，3G技術在視頻監(jiān)控行業(yè)的應用已經成為熱點。CDMA2000作為三種主流3G技術標準之一，在國內的應用發(fā)展迅速。中國電信CDMA2000系統(tǒng)主要應用在語音和低速數據的CDMA2000 1x以及視頻和高速率數據的CDMA20001xEV-DO(Evolution-Data Only)上。CDMA20001xEV-DO在一個無線信道傳送高速數據報文的情況下，理論上支持下行數據速率最高可達3．1Mbps，上行速率最高到1．8Mbps。中國電信數據業(yè)務費用按流量或時間計算，隨著中國電信大力推廣3G業(yè)務，費用也在逐步降低，為CDMA2000網絡的應用普及提供有利的條件。3G網絡視頻監(jiān)控也越來越受人們關注。本文正是在此背景下提出了基于CDMA2000-VPDN的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)功能及特點
1．1 功能描述
本文所提出的系統(tǒng)具有以下功能：
?、僦С智岸嗽O備3G無線方式接入，實現免布線，提高安裝速度。
②有權限用戶可以瀏覽實時圖像，并可控制監(jiān)控點的云臺、鏡頭。
?、塾脩艨赏ㄟ^3G手機客戶端實時瀏覽監(jiān)控點。
?、芷脚_告警包括運動檢測告警、紅外檢測告警，并可通過撥號方式通知用戶。
⑤錄像和圖片資源集中存儲在前段編碼器，視頻流由設備直接傳給用戶3G手機客戶端。
1．2 系統(tǒng)特點
?、偬幚砥鞑捎肨I公司基于達芬奇技術的新型TMS320DM365數字媒體處理器。TMS320DM365高度集成了眾多組件，如H264、MPEG4、MPEG2編解碼器，可滿足智能視頻處理功能的集成影像信號處理(ISP)解決方案，集成組件使開發(fā)周期大大減少，并降低開發(fā)成本。本文采用TMS320D-M365中高性能的H264編碼器組件，大大壓縮了視頻數據，為3G網絡數據傳輸減輕了負擔。
②采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。其良好的可裁減性與可移植性、卓越的效率和穩(wěn)定性，以及支持多種處理器體系架構的特點，使得Linux越來越廣泛地應用于嵌入式領域。
?、垡噪娦臗DMA2000的3G-VPDN平臺為支撐。 本系統(tǒng)是基于電信CDMA2000的3G-VPDN平臺，3G-VPDN(Virtual Private Network)采用安全專用隧道技術，對目標網絡提供了高安全的防護，防止了用戶的隱私、信息等泄漏。而且采用3G手機客戶端可以隨時隨地接入，實現實時移動式監(jiān)控。
④系統(tǒng)監(jiān)控采用運動檢測技術。本系統(tǒng)采用了運動檢測技術、視頻運動檢測結合紅外檢測，大大加強了系統(tǒng)告警的可靠性。隨著視頻監(jiān)控的智能化，運動檢測、模式識別等新技術被引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。智能化是視頻監(jiān)控在今后發(fā)展的必然趨勢。
2 實現原理及系統(tǒng)結構
2．1 系統(tǒng)總體框架
系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。系統(tǒng)包括前端嵌入式智能視頻監(jiān)控器、3G-VPDN認證平臺、手機監(jiān)控客戶端。整個系統(tǒng)以嵌入式智能視頻監(jiān)控器為核心，以電信CDMA2000-VPDN為網絡支撐，以3G智能手機為遠程監(jiān)控客戶端。
嵌入式智能視頻監(jiān)控器采集現場的視頻數據，通過運動檢測技術，結合監(jiān)控器的紅外告警模塊，判斷是否有人在監(jiān)控區(qū)域活動。若檢測到有人在監(jiān)控區(qū)活動時，立即撥打系統(tǒng)預先設定的3G手機號碼進行告警。3G手機接收到呼叫后，用戶選擇啟動手機視頻監(jiān)控客戶端，發(fā)起VPDN連接，通過3G-VPDN認證平臺認證后，嵌入式視頻監(jiān)控器同時也建立VPDN連接，建立視頻監(jiān)控器和手機客戶端點對點VPDN連接。利用UDP和TCP協(xié)議，與嵌入式智能控制器進行交互，如用戶是否請求嵌入式智能控制器發(fā)送現場視頻數據到手機客戶端、是否請求云臺控制、解除告警等。同時3G手機客戶端在未告警時，也可以主動呼叫嵌入式視頻監(jiān)控器，申請建立VPDN連接進行主動訪問，經授權可以實時瀏覽本地監(jiān)控畫面。
2．2 嵌入式智能監(jiān)控器的硬件結構
系統(tǒng)硬件結構如圖2所示。系統(tǒng)主控制器采用TI公司的DaVinci處理器TMS320DM365。系統(tǒng)主要模塊包括：CCD視頻信號采集攝像機、A／D轉換模塊、云臺控制器、紅外探測模塊、SD卡存儲模塊、EVDO 3G模塊。圖中的有線網絡接口模塊主要用于調試系統(tǒng)軟件。
2．2．1 CCD視頻A／D轉換模塊電路
A／D轉換芯片采用TI公司的高性能視頻解碼芯片TVP5146，完成從模擬到數字視頻的轉換。TVP5146不僅支持RGB和YPbPr信號分量的A／D轉換，也支持A／D轉換并解碼NTSC、PAL、SECAM、S-Video為YCbCr信號分量。它允許10路模擬視頻輸入，具有4路10位A／D轉換器；場同步信號VS、行同步信號HS、奇偶場信號FID、時鐘輸出信號DAIACLK等都由引腳直接引出，省去同步時鐘電路的設置。
圖3為TVP5146與TMS320DM365的接口電路，CCD輸出的PAL模擬信號連接到VIDEO_IN，經引腳VI_2_B進入TVP5146的第二路A／D轉換器，轉換得到數字視頻信號(4：2：2YCbCr)，TVP5146輸出為10位的數字視頻信號，而TMS320DM365支持8位的數字視頻信號，因此TVP5146采用8位模式輸出，即視頻Y分量和C分量的最低2位不連接，TVP5146的引腳Y_2～Y_9和GPIO／C_2～GPIO／C_9分別與TMS320DM365的引腳YIN0～YIN7和CIN0～CIN7相連。TVP5146的SCL、SDA引腳分別與TMS320DM365的I2C接口的I2C_SCL、I2C_SDA引腳連接，TMS320DM365通過I2C總線對TVP5146的寄存器進行配置。
2．2．2 3G-EVDO上網模塊電路
本模塊設計基于華為的MC703-CDMA-EVDO無線模塊。該模塊支持CDMA 800／1900頻段，提供豐富的用戶信號接口：電源接口、1路9線全串口、2路模擬音頻接口、1路RUIM卡接口、1路USB2．0全速接口、多達8路GPIO接口、2路DC接口。支持標準的AT指令集和華為擴展AT指令集。EVDO上網模塊接口電路如圖4所示。
EVDO上網模塊接口電路包括MC703的USB接口電路、UIM卡的接口電路以及電源接口電路。MC703的USB接口與驅動程序配合可映射串口，通過串口AT指令控制該。EVDO模塊完成3G數據連接、短信、撥號等任務。由于模塊天線接口對ESD(Electro-Static Discharge，靜電放電)敏感，天線電路設計上增加一個68 nH的電感作為ESD防護。在電源接口電路上采用LDO(Low-Dropout)電源穩(wěn)壓電路，采用高電流LDO電源芯片MIC29302。在MIC29302電源的輸出端VBAT加了一個2 200μF的電解電容，以保證EVDO模塊在低信號下的功率上升導致的電壓跌落。
MC703模塊RUIM卡接口對ESD敏感，同樣需要設計防護電路。圖5為RUIM卡接口ESD防護電路。圖中使用的TVS(瞬態(tài)電壓二極管)，選用低電容 TVS 陣列芯片MSMF05LCC。該芯片可以組成4路雙向的TVS，關斷電壓為5 V，極間電容可降至4．5 pF，可滿足ESD(Air-15 kV，Contact-8kV)防護要求。設計時使MSMF05LCC盡量靠近RUIM卡座放置。
3 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)的軟件設計是基于嵌入式Linux平臺，在進行系統(tǒng)應用軟件設計之前首先要完成搭建嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，建立引導裝載程序Boo-tloader，移植Linux內核，移植根文件系統(tǒng)，編寫、修改和移植Linux驅動程序等工作。然后對系統(tǒng)的應用程序進行開發(fā)。
系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。軟件設計包括視頻采集檢測、視頻編碼、打包傳輸、與客戶端交互等主要線程。視頻采集檢測線程包括采集從ISIF接口接入的數字(4：2：2YCbCr)視頻信號，根據視頻運動檢測技術判斷是否有人闖入，結合紅外報警判斷是否需要告警，并對告警進行計數，以便對告警進行統(tǒng)計。視頻編碼線程調用TMS320DM365的H264編碼引擎實施硬件編碼，編碼采用4CIF和CIF格式的雙碼流，分別用于本地保存和3G網絡傳輸。視頻數據打包發(fā)送線程對編碼完成得到的視頻數據流以RTP(Real-time Transport Protoc01)協(xié)議打包，并等待用戶的視頻連接請求，當用戶手機端與智能監(jiān)控端建立了基于VPDN的UDP／TCP連接時，根據用戶的請求可及時發(fā)送視頻流數據到客戶端。與客戶端用戶交互線程處理告警和接收用戶的來電，以及響應客戶的云臺控制請求。如果系統(tǒng)出現告警信息，則撥打預先設定用戶的手機即時告警，然后建立3G-VPDN連接，等待手機客戶端連接3G-VPDN，并與手機端在VPDN網絡上進行交互(包括云臺控制、是否清除報警等)。
結語
本文對基于CMDA2000-VPDN的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件進行了模塊化的設計，并著重介紹了系統(tǒng)的主要模塊CDMA2000上網模塊和視頻A／D轉換模塊的硬件接口電路。軟件采用了嵌入式Linux的設計，并給出了主要的軟件流程。目前系統(tǒng)正在初步調試中，實驗中得到了良好的效果，基本實現了各個模塊的功能，視頻顯示清晰，3G網絡傳輸流暢，檢測報警可靠性較高。