嵌入式网络摄像机设计方案

daichao

一种基于AT91RM9200的嵌入式网络摄像机设计方案
时间:2007-5-11 12:04:43 发布:daichao 人气:10
( 来源:微计算机信息)本文介绍了一种基于AT91RM9200的嵌入式网络摄像机设计方案.该系统以嵌入式Linux作为操作系统，采用MPEG-4的专用编码芯片对采集到的数字视频进行压缩编码，生成MPEG-4码流。MPEG-4码流经过AT91RM9200控制器外接的网络芯片被输送到PC机。PC机端通过内嵌MPEG-4解压插件的IE浏览器来播放视频和控制网络摄像机的状态变化。
系统总体设计
. T" \* g' ^5 r( i) l9 J5 x( |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，主控芯片是整个控制系统的核心，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。
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( F+ y2 Y. P# P3 n, ?. z5 @8 f图1 系统结构框图
软件设计部分主要包括嵌入式Linux移植、MPEG-4压缩编码模块、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频流的采集，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到的MPEG-4数据流的解码工作。
3. 硬件设计
. r7 Y2 a8 a. b# V* d& u. N3.1微控制器模块
' a5 w8 N; z* O [/ Q$ c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，功能强，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度控制整个系统工作，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实现对串口芯片的控制，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。

3.2压缩编码模块
8 ]5 m2 G% o$ A! [" q, y压缩编码模块包括模拟视频采集模块和MPEG-4压缩模块。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种制式，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片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。
图3 压缩编码电路
8 j. A+ W. Y1 s* j* |. j, oTVP5150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的上升沿时获得YOUT的信号。TVP5150分场同步脉冲和行同步脉冲，分别对应其输出端VSYNC、HSYNC。MPG440正是根据与之相连的VSYNC和HSYNC信号线来实现图像的场同步和行同步操作。MPG440的视频输入数据线DATA_TV0～DATA_TV7与TVP5150的YOUT0～YOUT7相连。MPG440在接收数据的同时，将其得到的数据流传送给MPEG-4压缩编码单元，编码后的MPEG-4数据流暂存到SDRAM(2)中。MPG440片内PDMA控制器根据配置寄存器的设置准确发起对SDRAM(2)访问，同时将得到的数据流输送往HPI(主机总线接口,Host Peripherial Interface)，以等待AT91RM9200通过DMA通道将数据发送到网络。
MPG440通过HPI与AT91RM9200通信，AT91RM9200将MPG440的寄存器、存储空间等资源作为其本身内存寻址访问。MPG440由AT91RM9200选通线NCS4来选通，其在AT91RM9200寻址空间中的地址段为0X50000000到0X5FFFFFFF。通过对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。
% Q! H5 s% C. D9 }5 G3.3网络模块
! ~/ _& m0 d/ {$ B$ }- P/ N8 \网络模块硬件设计原理如图4所示。
图4 网络模块电路
AT91RM9200的