基于StrongARM的视频采集与处理系统
摘要：介绍一个基于StrongARM的视频数据采集处理系统。该系统将采集到的连续视频图像数据以MJPEG的方式压缩处理，然后由StrongARM进行打包处理，生成UDP包，向网络发送。视频服务器可以通过网络（局域网或广域网）获取视频采集器发送的图像数据，并对图像数据进行显示、存储、回放等管理，同时视频服务器也可以通过网络控制视频采集器上的摄像机及云台。该系统为实现远程实时监控系统，对监控数据的数字化管理以及视频网络传输等提供了解决方案，它以最新的MJPEG压缩方式使视频数据的管理更加方便可靠，并且使用Intel公司的StrongARMSA-1110高性能微处理器芯片作为处理平台，使得该系统具安装方便、配置灵活、便于携带等突出优点，具有很大的市场应用前景。
关键词：StrongARM视频采集MJPEG嵌入式操作系统
数字视频监控系统与传统模拟监控相比，优点在于数字化的视频系统可以充分利用计算机快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。数字视频监控系统更适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公司之外现场实时监控。数字化视频处理提高了图像的质量与监控效率，系统易于管理和维护。整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。正是由于数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控正在逐步取代模拟监控，广泛应用于各行各业[6]。
目前市场上已经投入使用的视频采集设备多以计算机插卡的形式存在。而本系统的前端视频采集设备使用的Intel公司的嵌入式处理器芯片StrongARM作为主体芯片，从而可以使其作为独立的单元存在，并且具有体积小、处理能力强且功耗低的特点。该系统为数字化视频监控提供了解决方案。本文简单介绍Intel的StrongARMSA-1110微处理芯片，详细介绍视频数据采集与处理端的硬件结构，公司运用该系统可实现网络实时监控系统设计方案。
1IntelStrongARMSA-1110微处理器
1.1SA-1110微处理器简介[2]
Intel公司的SA-1110是一款通用RISC微处理器。它将16KB的指令Cache、8KB的数据Cache、一个小型Cache、一个写缓存、一个读缓存、一个内存管理单元（MMU）集成在一个芯片中。它与ARMV4结构的处理器在软件上兼容，也可以使用一些支持ARM的芯片，如I/O、内存以及视频设备。
SA-1110芯片在PDA等手持计算机设备上有着广阔的应用，对于嵌入式操作系统和便携式系统，SA-1110是很好的选择。设计者可以在以SA-1110为平台的嵌入式操作系统上开发各种应用程序。
1.2SA-1110微处理器系统
SA-1110配置了功能强大的外围逻辑电路，可以分为几个模块，如图1所示。
（1）内存和PCMCIA控制模块（MPCM）
支持ROM、同步掩膜ROM（SMROM）、Flash、DRAMSDRAM、SRAM、SRAM-like可变延迟I/O以及PCMCIA控制信号。
（2）系统控制系模块（SCM）
28个通用I/O端口、实时时钟、Watchdog及内部时钟、电源管理控制器，中断控制器、重启控制器、两个晶振（3.686MHz和32.768kHz）。
（3）外围控制模块（PCM）
6通道DMA控制器、LCD控制器、16550UART、红外串行端口（115kbps、4Mbps）、同步串行接口（USB1100、UCB1200、SPI，TI，μWire）、通用串行总线（USB）设备控制器。
1.3SA-1110微处理器I/O管脚
SA-1110微处理器I/O管脚如图2所示。
2基于SA-1110的视频数据采集与压缩系统
2.1系统组成
本系统由一片A/D芯片（采用Philip公司的SAA7113）、一片MJPEG压缩芯片（采用ZORAN公司的ZR36060）、一片高速FIFO（采用IDT公司的IDT72V271LA）、一片逻辑控制芯片（Xilinx公司）及基于StrongARMSA-1110上的嵌入式操作系统（采用Intel公司的Assabet）组成。A
/D芯片、MJPEG压缩芯片及FIFO要完成4路摄像头的输入转换、MJPEG压缩及数据缓存。CPLD控制中断请求及某些片选信号。A/D芯片和MJPEG压缩芯片的工作均由基于SA-1110的嵌入式操作系统完成。
本系统数据采集及处理框图如图3所示。
2.2系统工作流程
模拟输入部分：摄像机将采集到的模拟数据发送到A/D转换芯片进行视频解码，模拟电路需要提供A/D转换芯片所需要的时钟频率24.576MHz，A/D转换芯片将用此频率来同步JMJPEG压缩芯片。模拟电路部分还包括对摄像机焦距和云台转向的控制电路。
视频压缩部分：MJPEG压缩芯片将A/D转换芯片输入的YUV格式的数据进行MJPEG格式的压缩。MJPEG由JPEG图像连接组成，相对JPEG图像每幅都有自己的量化表和Huffman码表。MJPEG可以仅使用一张量化表和Huffman码表对连续几十帧甚至上百帧图像进行压缩，仅当数据发生丢失时才需要重新载入量化表和Huffman码表。这一优点大大降低了系统视频解码时所需要的开销。而且，MJPEG可以 《基于StrongARM的视频采集与处理系统》
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关键词：StrongARM视频采集MJPEG嵌入式操作系统
数字视频监控系统与传统模拟监控相比，优点在于数字化的视频系统可以充分利用计算机快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。数字视频监控系统更适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公司之外现场实时监控。数字化视频处理提高了图像的质量与监控效率，系统易于管理和维护。整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。正是由于数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控正在逐步取代模拟监控，广泛应用于各行各业[6]。
目前市场上已经投入使用的视频采集设备多以计算机插卡的形式存在。而本系统的前端视频采集设备使用的Intel公司的嵌入式处理器芯片StrongARM作为主体芯片，从而可以使其作为独立的单元存在，并且具有体积小、处理能力强且功耗低的特点。该系统为数字化视频监控提供了解决方案。本文简单介绍Intel的StrongARMSA-1110微处理芯片，详细介绍视频数据采集与处理端的硬件结构，公司运用该系统可实现网络实时监控系统设计方案。
1IntelStrongARMSA-1110微处理器
1.1SA-1110微处理器简介[2]
Intel公司的SA-1110是一款通用RISC微处理器。它将16KB的指令Cache、8KB的数据Cache、一个小型Cache、一个写缓存、一个读缓存、一个内存管理单元（MMU）集成在一个芯片中。它与ARMV4结构的处理器在软件上兼容，也可以使用一些支持ARM的芯片，如I/O、内存以及视频设备。
SA-1110芯片在PDA等手持计算机设备上有着广阔的应用，对于嵌入式操作系统和便携式系统，SA-1110是很好的选择。设计者可以在以SA-1110为平台的嵌入式操作系统上开发各种应用程序。
1.2SA-1110微处理器系统
SA-1110配置了功能强大的外围逻辑电路，可以分为几个模块，如图1所示。
（1）内存和PCMCIA控制模块（MPCM）
支持ROM、同步掩膜ROM（SMROM）、Flash、DRAMSDRAM、SRAM、SRAM-like可变延迟I/O以及PCMCIA控制信号。
（2）系统控制系模块（SCM）
28个通用I/O端口、实时时钟、Watchdog及内部时钟、电源管理控制器，中断控制器、重启控制器、两个晶振（3.686MHz和32.768kHz）。
（3）外围控制模块（PCM）
6通道DMA控制器、LCD控制器、16550UART、红外串行端口（115kbps、4Mbps）、同步串行接口（USB1100、UCB1200、SPI，TI，μWire）、通用串行总线（USB）设备控制器。
1.3SA-1110微处理器I/O管脚
SA-1110微处理器I/O管脚如图2所示。
2基于SA-1110的视频数据采集与压缩系统
2.1系统组成
本系统由一片A/D芯片（采用Philip公司的SAA7113）、一片MJPEG压缩芯片（采用ZORAN公司的ZR36060）、一片高速FIFO（采用IDT公司的IDT72V271LA）、一片逻辑控制芯片（Xilinx公司）及基于StrongARMSA-1110上的嵌入式操作系统（采用Intel公司的Assabet）组成。A
/D芯片、MJPEG压缩芯片及FIFO要完成4路摄像头的输入转换、MJPEG压缩及数据缓存。CPLD控制中断请求及某些片选信号。A/D芯片和MJPEG压缩芯片的工作均由基于SA-1110的嵌入式操作系统完成。
本系统数据采集及处理框图如图3所示。
2.2系统工作流程
模拟输入部分：摄像机将采集到的模拟数据发送到A/D转换芯片进行视频解码，模拟电路需要提供A/D转换芯片所需要的时钟频率24.576MHz，A/D转换芯片将用此频率来同步JMJPEG压缩芯片。模拟电路部分还包括对摄像机焦距和云台转向的控制电路。
视频压缩部分：MJPEG压缩芯片将A/D转换芯片输入的YUV格式的数据进行MJPEG格式的压缩。MJPEG由JPEG图像连接组成，相对JPEG图像每幅都有自己的量化表和Huffman码表。MJPEG可以仅使用一张量化表和Huffman码表对连续几十帧甚至上百帧图像进行压缩，仅当数据发生丢失时才需要重新载入量化表和Huffman码表。这一优点大大降低了系统视频解码时所需要的开销。而且，MJPEG可以 《基于StrongARM的视频采集与处理系统》
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