張?zhí)稀」盘覐?qiáng)　曹子成　賀紹存　黃志敏

摘要：基于ARM S3C6410平臺(tái)，研究人員結(jié)合HR-S501人體熱感紅外模塊和攝像頭模塊，運(yùn)用H264視頻壓縮技術(shù)和百度云后臺(tái)上傳技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于ARM的實(shí)驗(yàn)室紅外監(jiān)控視頻報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了由紅外模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，攝像頭輔助進(jìn)行報(bào)警，傳輸視頻到移動(dòng)客戶端等的功能。

關(guān)鍵詞： ARM；視頻壓縮；紅外感應(yīng)；百度云

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7085-05

計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)控制及嵌入式等技術(shù)的飛速發(fā)展， 信息交換溝通領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， 覆蓋了從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制、管理的各個(gè)層次。嵌人式系統(tǒng)因其穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，已在工業(yè)、國(guó)防、運(yùn)輸及航天等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。如果將嵌人式系統(tǒng)連接到應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)上， 則幾乎可以方便、低廉地將信息傳到世界的任何一個(gè)地方來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。嵌人式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)重要的發(fā)展方向之一。基于的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是信息網(wǎng)絡(luò)與控制結(jié)合的產(chǎn)物，它借助網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)視控制任務(wù)， 將監(jiān)視范圍擴(kuò)大到更大的空間， 進(jìn)一步推進(jìn)了控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、分散化和開(kāi)放化的發(fā)展[1]。

目前，在高等院校中的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)都是采用傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的24H攝像頭錄像進(jìn)行監(jiān)控。這種方式不僅大大浪費(fèi)了攝像頭的有效工作時(shí)間，而且不間斷地工作也會(huì)縮短攝像頭的使用壽命。基于實(shí)驗(yàn)室等高校教室的監(jiān)控我們?cè)O(shè)計(jì)了一種更高效的監(jiān)控方式，此方案相比于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)不僅大大縮短了攝像頭的工作時(shí)間，而且大大提高了了攝像頭采集信息的有效性。同時(shí)此方案也將移動(dòng)技術(shù)融合到設(shè)計(jì)中來(lái)，將適用范圍從傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到家庭安防監(jiān)控的隊(duì)列，而移動(dòng)技術(shù)的加入更是將實(shí)時(shí)監(jiān)控信息反饋到目標(biāo)客戶端上，并且更加精準(zhǔn)，更加方便。

本方案通過(guò)利用ARM S3C6410主板強(qiáng)大的硬件資源和LINUX系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套基于ARM的紅外感應(yīng)的視頻報(bào)警系統(tǒng)。本方案主要由紅外模塊完成全天候的監(jiān)控工作，攝像頭進(jìn)行輔助監(jiān)控，H264視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行視頻壓縮，百度云實(shí)現(xiàn)視頻的移動(dòng)端對(duì)接。由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的紅外模塊不僅在強(qiáng)度上大大超過(guò)了傳統(tǒng)攝像頭的質(zhì)量，而人體熱感的立體監(jiān)控在監(jiān)控效果上面也大大超過(guò)了傳統(tǒng)攝像頭的監(jiān)控系統(tǒng)。而紅外探頭的小巧隱蔽的特點(diǎn)使得此監(jiān)控系統(tǒng)更容易布置和監(jiān)控[2]。

1 總體框架設(shè)計(jì)

整體技術(shù)方案由前端用戶端和后臺(tái)硬件端組成。前端軟件端主要是方便用戶對(duì)日常監(jiān)控的一些簡(jiǎn)單功能修改操作，主要的功能是登陸、修改信息、更改用戶權(quán)限。后臺(tái)硬件控制端主要包括了以下內(nèi)容：1） 視頻控制端：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)已錄制視頻的壓縮截取與后臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)； 2） 錄像控制：主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)感應(yīng)還有錄像的控制； 3） 傳輸控制：主要實(shí)現(xiàn)選擇網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與百度云存儲(chǔ)； 4） 監(jiān)控管理：主要實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)的用戶存儲(chǔ)推送.

整個(gè)系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)硬件端的設(shè)計(jì)我們進(jìn)行了如下構(gòu)思，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們將整個(gè)監(jiān)控端系統(tǒng)分成了以下幾個(gè)部分：

1） 監(jiān)控設(shè)備層，該部分主要包含了紅外模塊和攝像頭模塊，將此核心監(jiān)控部分獨(dú)立出來(lái)不僅便于設(shè)備的布線，也便于設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦系統(tǒng)出問(wèn)題，這種分區(qū)式的結(jié)構(gòu)將大大減少查錯(cuò)的時(shí)間。

2） 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層，該部分主要包含了3G無(wú)線網(wǎng)卡，WIFI模塊等通信設(shè)備，該層主要負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備端的視頻信息的轉(zhuǎn)移，正是通過(guò)此層才得以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻直接到移動(dòng)端的目的。

3） 內(nèi)部控制管理層，主要以整個(gè)以太網(wǎng)、ARM11主控控制器組成。主要完成整個(gè)系統(tǒng)的信息搜集、處理和發(fā)布，同時(shí)承擔(dān)著對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

硬件部分的ARM控制部分核心如下圖所示：

圖2 ARM硬件結(jié)構(gòu)圖

由ARM11核心微處理器連接各種輸入，通過(guò)CPLD（Complex Programmable Logic Device）復(fù)雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)諸如紅外，攝像頭，3G，WLAN等各種模塊的編程。有了ARM11處理器和CPLD的連接，從而全面實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)輸入輸出，編程實(shí)現(xiàn)上來(lái)完成真正的ARM控制層[3]。

作為驅(qū)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的觸發(fā)點(diǎn)，人體紅外的探測(cè)距離、靈敏度和穩(wěn)定性都是需要考慮的。在此我們選擇了HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊，它是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口LHI778探頭設(shè)計(jì)，基于人體測(cè)量的設(shè)計(jì)，適合用于實(shí)驗(yàn)室等安防報(bào)警的設(shè)計(jì)，同時(shí)它的高精度探測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，軍工品質(zhì)也保證了所選模塊的使用壽命；攝像頭作為整個(gè)系統(tǒng)的核心輔助，作用在于當(dāng)紅外探測(cè)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常需要報(bào)警的時(shí)候，攝像頭能夠完成拍攝而且對(duì)拍攝的清晰度有一定的要求，由于我們使用了云技術(shù)將視頻同步到云端用移動(dòng)設(shè)備查看。所以攝像頭所拍視頻的大小要有一定的限制，因此我們選擇了主流130W像素的OV9650作為整個(gè)系統(tǒng)的攝像工具。不僅保證了其攝像的清晰度，也能保證在H264壓縮模式下視頻所占內(nèi)存的最小化。

3 軟件設(shè)計(jì)

程序主要是應(yīng)用嵌入式技術(shù)的后臺(tái)監(jiān)控，軟件起著輔助操作的作用，所以對(duì)于軟件的考慮僅僅是輔助用戶使用，為此設(shè)計(jì)軟件的第一層是用戶登陸關(guān)卡，第二層主要是常用的一些功能的融合。

3.1 常用功能融合

首先是常用的身份驗(yàn)證，除去常用的身份驗(yàn)證流程。

主要采用以下模式進(jìn)行常用功能模塊的嵌入，原理如4圖所示。

圖4采用了五個(gè)主要方式去實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件界面：其中開(kāi)啟監(jiān)控與開(kāi)啟3G，wifi、為用戶主動(dòng)開(kāi)啟裝置，不僅可以檢驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)，也可以隨意切換網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)行監(jiān)控的調(diào)試。

其余三種功能主要是為了方便用戶更好的使用本軟件。其中添加百度云賬號(hào)方便了用戶直接更改移動(dòng)端的賬號(hào)，即使用戶變更賬號(hào)也不用通過(guò)后臺(tái)去修改。控制錄制時(shí)間主要是方便用戶的視頻監(jiān)控的時(shí)間間隔，便于用戶使用自己喜歡的時(shí)間間隔進(jìn)行收集，程序默認(rèn)的錄制時(shí)間為3S。監(jiān)控管理部分主要便于用戶進(jìn)行前臺(tái)的日常維護(hù)，即不通過(guò)后臺(tái)也能完成軟件功能檢查，可用性維護(hù)等功能的實(shí)現(xiàn)。

其中我們是用的百度云上傳技術(shù)，其中部分代碼為：

int main（int argc， char **argv） {

int ret = 0；

if （argc < 2） {

usage（）；

return 1；}

char *command = argv[1]；

argc —；

argv ++；

curl_global_init（CURL_GLOBAL_ALL）；

if （strcmp（command， "info"） == 0） {

ret = command_info（argc， argv）；

} else if （strcmp（command， "ls"） == 0） {

ret = command_ls（argc， argv）；

} else if （strcmp（command， "upload"） == 0 || strcmp（command， "up"） == 0） {

ret = command_upload（argc， argv）；

} else if （strcmp（command， "download"） == 0 || strcmp（command， "down"） == 0） {

ret = command_download（argc， argv）；

} else if （strcmp（command， "mv"） == 0） {

ret = command_move_or_copy（argc， argv， "mv"）；

} else if （strcmp（command， "cp"） == 0） {

ret = command_move_or_copy（argc， argv， "cp"）；

} else if （strcmp（command， "rm"） == 0） {

ret = command_remove（argc， argv）；

} else {

color_log（COLOR_LOG_ERROR， "未知命令?。躰"）；

usage（）；

ret = 1；

}if （api ！= NULL） {

BaiduPCS_Free（api）；

}curl_global_cleanup（）；

return ret；

}

百度云主要使用了CURL技術(shù)，這是一種命令行方式下工作的開(kāi)源文件傳輸工具，然后使用一種輕量級(jí)數(shù)據(jù)交換個(gè)格式JSON（JavaScript Object Notation），使用它與百度的PCS接口交互，從而在開(kāi)發(fā)板上直接用對(duì)存儲(chǔ)在百度網(wǎng)盤(pán)里的東西進(jìn)行操作[4]。

以下來(lái)是H264即錄像時(shí)間控制和壓縮的部分代碼：

int main（int argc， char **argv）

{int mytime；

if（argv[1] == NULL）

mytime=3；

else

mytime=atoi（argv[1]）；

FBOpen（）；

system（"clear"）；

fflush（stdin）；

int fd =open（"/dev/adc"， 0）；

if （fd < 0） return 0；

int value = -1；

while（1）

{while（value<400）

{ value = -1；

char buffer[30] = ""；

int len = read（fd， buffer， sizeof buffer -1）；

if （len > 0）

{buffer[len] = '＼0'；

sscanf（buffer， "%d"， &value）；

//printf（"%d＼n"，value）；

}}

try

{struct timeval start，end；

// TFrameBuffer FrameBuffer；

TVideo Video；

int timeuse = 0；

int oldTimeUse = 0；

TH264Encoder Encoder；

gettimeofday（ &start， NULL ）；

for （；；）

{Video.FetchPicture（）；

Encoder.Encode（Video）；

//FrameBuffer.DrawRect（Video）；

gettimeofday（ &end， NULL ）；

timeuse = 1000000 * （ end.tv_sec - start.tv_sec ） + end.tv_usec - start.tv_usec；

timeuse /= 1000000；

if （oldTimeUse ！= timeuse）

{//printf（".＼n"）；endprint