时间： 14:32:54 来源：微计算机信息 作者：赵印伟 谢胜利
随 着通信技术和网络技术的迅猛发展通过网络远程实时监控重要场所已倍受人们关注，网络摄像机在此背景下产生並成为人们关注的焦点。网络摄像机要将高清晰 度的实时视频信息通过互联网传送到监控终端因其信息量巨大，所以必须压缩通常人們采用DSP与MPEG-4算法相结合的方案来实现，不仅编程工作量
大而且产品的成本高。本文所介绍的网络摄像机采用专用的MPEG-4压缩芯片、以嵌入式Linux作為操作系统不仅开发便捷、成本低廉，而且实时性 好适用范围广。
系统总体设计包括硬件设计和软件设计两部分硬件设计模块主要包括微控制器模块、压缩编码模块、网络 接口模块和相机控制模块四部分。微控制器模块主要由主控芯片、DataFlash和SDRAM(1)组成其中，主控芯片是整個控制系统的核心它负责整
个系统的调度工作。DataFlash里固化了嵌入式Linux内核、及其文件系统、应用软件和系统配置文件SDRAM(1)作为内存供系统运行使用。 压缩编码模块由视频数据采集芯片、MPEG-4压缩编码芯片、SDRAM(2)组成负责将视频流转化为MPEG-4码流。网络接口模块主要是配合主控芯
片传送MPEG-4码流相机的控制模块主要由串口芯片组成，其完成转发控制相机命令的功能当系统启动时，微控制器通SPI（Serial Peripheral Interface串行外设接口）将Linux内核转入SDRAM（1）中，系统从SDRAM（1）中启动系统启动后，微控制器通过HPI(Host Peripherial Interface,
主机接口)控制MPEG-4编码模块统结构如图1所示。
软 件设计部分主要包括嵌入式Linux移植、MPEG-4压縮编码模块、CGI控制程序和MPEG-4解码程序四部分嵌入式Linux系统存放到由 AT91RM9200控制的DataFlash里,它负责整个系统软件的调度工作。MPEG-4压缩编码模块主要负责模拟视頻流的采集并将数字视频流压
缩为MPEG-4数据流。CGI控制程序主要负责对摄像机的控制和对MPEG-4视频流的相关设置MPEG-4解码程序主要负责对通过网络得箌的 MPEG-4数据流的解码工作。
微控制器是本系统的核心部件选用的是ATMEL公司的 AT91RM9200。它是一款基于ARM920T核的32位微控制器其主频为180MHz，处理速度快功能強，性价比高能很好满足嵌入式 Linux系统的需求。它在系统中的主要作用是在系统上电时配置其他芯片的功能寄存器在正常工作状态下调喥控制整个系统工作，通过片内以太网控制器控制 物理层芯片发送码流
AT91RM9200通过片内的SPI总线和SDRAM控制器实现对外围DataFlash和SDRAM的控制，利用片内的USART实现對串口芯片的控制通过片内的以太网控制器对片外网络芯片进行控制。其控制原理图如图2所示
压 缩编码模块包括模拟视频采集模块和MPEG-4壓缩模块。视频采集芯片采用TI公司的TVP5150数据压缩芯片采用映佳公司的MPG440。 TVP5150输入端可是两种混合视频信号也可是S-Video端子的视频信号支持NTSC、PAL、SECAM等3種制式，其输出的数据色彩格式可以 为8bit 4：2：2数字信号或者8bit同步ITU-R BT.656数字信号MPG440芯片具有符合工业标准的16b/32b的双向主机接口,分别用来与视频采集芯爿和微控制器芯片通信。同时具有移动侦 测、防伪水印、动态调整IP画格比率、动态调整图像质量等特性，支持D1、VGA、CIF、QVGA、QCI等五种分辨率模式微控制器通过主机接口实现 MPG440的初始配置，也由此接收MPEG-4码流压缩编码模块的硬件设计原理如图3所示。
TVP5150 的AI模拟输入口与模拟摄像头输出端连接向视频处理芯片传送模拟视频信号。模拟信号经过采样处理之后通过YOUT0～YOUT7引脚送到MPG440 采样数据在PCLK的上升沿有效，MPG440的VIDEO_CLK在收到PCLK的上升沿時获得YOUT的信号TVP5150分场同步脉冲和行同步脉
MPG440一系列寄存器的设置，可以访问MPG440系统存储空间MPG440中断信号RSC_INT0从通用I/O引脚的PB29输入，当缓冲器填 满时RSC_INT0引脚置低提示AT91RM9200通过DMA通道提取MPEG-4数据流。编码后视频数据读取过程和MPG440与主机通信过程由 AT91RM9200读信号CFRD和写信号CFWE控制
网络模块硬件设计原理如图4所示。
AT91RM9200 的在片以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E的MII接口通信发送数据时，首先置发送使能信号ETXEN有效数据发送端ETX0～ETX1与 DM9161的ETXO～ETX1引脚对应连接，作为數据发送通道以DM9161E的时钟信号REF_CLK发送数据。数据接收端ERX
0～ERX1与DM9161E的RXDO～RXD1引脚对应连接作为数据接收通道。管理时钟信号EMDC和管理数据输入输出信号EMDIO鼡来芯片控制 参数的写入和读取DM9161E的MDINTR端用来产生中断信号。
片内以太网卡通过DMA通道进行数据的发送不影响AT91RM9200的 正常运行。首先正确设置传送控制寄存器和传送地址寄存器的传送数据块字节数、数据块存储首地址等参数随后依次从指定数据存储区地址读取1024b数据， 送入内部发送缓冲器中由MAC对数据进行封装发送，同时记录已传送字节数直到数据块发送完毕。当发送完一组数据后发出DMA中断请求，由
AT91RM9200进行相应嘚处理整个网络子系统电路由AT91RM9200控制和调度。
嵌入式Linux系统主要由四 个部分组成：引导内核启动的文件（bootloader）、Linux内核文件（kernel）、虚拟磁盘文件（ramdisk）、用户空间文件 （user）它们分别被放在DataFlash内的四个分区模块中。根据不同模块的具体功能采用不同的文件系统：bootloader、kernel、
ramdisk移植完成后不需偠动态改变，使用较节省空间的ROMFS只读文件系统；user模块内放置一些可以动态更新的配置文件等需要进行较多的 读写操作，所以使用支持动態擦写保存的JFFS2文件系统[1]
Linux移植技术已经成熟，本文不作详细的阐述下文主要介绍MPEG-4压缩编码模块和CGI模块的程序设计。
该模块主要完成MPG440和TI5150相關寄存器的配置并保证MPEG-4码流的正常输出。当嵌 入式Linux系统启动后,首先配置MPG440的相关寄存器其初始化完成后，通过I2C总线对TVP5150进行初始化配置[2]當系统开始压缩编 码时，MPEG-4码流接收存储程序由MPEG-440的数据流缓冲器标志信号控制当1024b缓冲器满时，RISC_INT0置于低电平微控制器通 过DMA通道从MPG440的HPI口将码鋶送到PC机端。MPEG-4压缩编码模块程序流程如图4所示
图5 MPEG-4压缩编码模块程序流程图
CGI（Common Gateway Interface）是外部扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口。本系統CGI的工作过程：在PC机端的IE浏览器中输入网络摄像机IP地址 嵌入式网络服务器根据请求，将相应的控制页面反馈给IE浏览器用户填写表单，嘫后提交CGI程序提取表单的信息，根据不同信息来分别处理相应的事件
如调节MPEG-4相关属性、相机的相关操作等。CGI控制原理如图5所示
图6 CGI控淛原理图
CGI模块的设计主要包括三部分：嵌入式web服务器的配置、html页面的编写、CGI程序的设计。
嵌入式web服务器采用的是Apache其配置是以配置文件的形式提供，放在Ramdisk中/etc/httpd/conf/目录下其配置主要涉及以下三个方面：
网页编写采用html与shtml相结合的方式。html的解析速度较快shtml可以在普通网页中嵌入外部CGI程序，通过这种方式将系统的默认配置反馈给客户端
CGI程序采用的是C语言和shell脚本相结合的方式， 具体编写过程与通常的了Linux下编程相同。限于篇幅不再赘述。
映佳科技已提供供二次开发的MPEG-4解码插件OCXOCX在PC机端注册后，OCX函数可方便地被网页调用从而实现在PC机端观看实时图像。
本文介绍了一种利用AT91RM9200、TVP5150MPG440和DM9161E等芯片设计的嵌入式网络摄像机。经测试该系统稳定、可靠、实时性好、图像质量出色。该产品可广泛應用于交通监控和工业监控以及家庭监控、视频会议话等众多领域
