專利名稱：一種基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于遠程視頻監控領域，特別涉及一種基于嵌入式平臺的網絡遠程視頻監控 系統。
背景技術：
隨著計算機技術的高速發展，數字技術越來越多地用于視頻監控系統中，極大地提高了 系統的性能，使得監視、多功能自動報警、多媒體數據檢索、多畫面高清晰顯示成為現實， 大大地推廣了其應用范圍，功能在不斷地增加，成本也在不斷地降低。因此，數字化、網絡 化、智能化已成為視頻監控領域的一種發展趨勢，數字視頻監控系統也逐步進入大規模商業 應用階段。
在數字化技術不斷發展的進程中，新的視頻壓縮標準不斷推出。MPEG標準是由運動圖 像專家組制定的一種用于數字存儲、傳輸的運動圖像編碼方法，由于這個壓縮標準綜合了多 種壓縮技術，因此具有適用性強、壓縮率高、圖像質量好等特點，已經廣泛用于視頻監控系 統中。MPEG-4是在繼MPEG-1禾tl MPEG-2之后，制訂的又一個ISO/IEC標準，即 ISO/IEC14496。它能夠獲得更高的音/視頻壓縮率，具有基于內容的交互能力。其核心思想是 采用了基于對象的現代圖像編碼方法，利用人眼視覺特性，抓住圖像信息傳輸的本質，從輪 廓、紋理的思路出發，將圖像合理地劃分成物體、背景等與實際景象信息相對應的對象平面 然后對各對象平面的形狀、紋理和運動進行編碼，從而獲得了比傳統編碼劃分質量更好、碼 流更小的解決方案。目前，數字視頻壓縮的解決方案主要有兩種， 一為軟件方案，二為硬件 方案。前者一般使用數字信號處理器(DSP)或高性能的嵌入式處理器來實現，這種設計方 案在一定程度上會減低設計成本，但由于算法的合理設計及系統資源的合理應用將會使整個 開放周期增加。后一種方法為利用一個MPEG-4專屬解碼芯片，來實現MPEG-4視頻標準的 編解碼，這將有效的縮短產品的開發周期，同時由于高性能集成芯片的開發，已經大大降低 了系統的開發成本。
運動檢測是視頻監控系統中極有實用價值的技術，對及時報警和錄像有重大意義。數字 技術的應用使得不用附屬設備(比如紅外探測)進行運動檢測成為可能，通過對數字的視頻流 的分析就可以檢測到攝像鏡頭內是否有物體運動并及時進行報警和錄像。在數字化視頻監控 系統中， 一般由視頻壓縮卡對從攝像頭過來的模擬視頻信號進行數字化，并壓縮成MPEG流。 如果把MPEG流解壓縮成一幀一幀的圖像再進行運動檢測，將會有很大的運算量，得不償失； 因此在這種情況下，需要利用MPEG編碼域的一些特殊性來進行運動檢測，使得運動檢測快
3速、高效。
近些年，數字視頻監控系統經歷了飛速的發展，九十年代末到目前為止，數字視頻監控 系統可以分為兩種 一種是利用計算機多媒體技術來實現視頻的數字化遠程監控和存儲，這 樣的系統以接入Internet的通用計算機為核心，在其上裝有視頻數據采集卡，通過采集卡對攝 像頭采集到視頻數據進行壓縮，然后進行存儲或者發送到遠程監控終端。另一種是利用嵌入 式技術來實現視頻數據的數字化監控和存儲，這樣的系統稱為數字化本地視頻監控系統，它 只可以實現視頻數據的壓縮存儲以及本地監控等功能，不能實現實時遠程監控。然而隨著時 代的發展，簡單快捷的遠距離跨區域監控成為人們的迫切需要，而第一種方法又需要在監控 現場安裝通用計算機等設備，且布線復雜，不易維護，顯得十分復雜與笨重， 一種新的方便 快捷的全數字化遠程視頻監控系統亟待人們去研究和實現。
實用新型內容
針對現有嵌入式技術只能監控本地視頻監控系統，不能遠程監控的問題，本實用新型提 供了 一種基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器。
視頻監控系統由安裝在被監控區域的網絡視頻服務器和設立在監控中心的遠程監控終端 兩部分組成。遠程監控終端包括連接在Internet上的計算機、交換機等，主要用于通過其瀏覽 器對視頻服務器進行訪問，査看即時監控信息或回放前段時間的監控錄像，并根據需要進行 快進快退等操作，并可把遠程服務器上的錄像文件傳送回監控終端的計算機上，方便的進行 保存。
所述的網絡視頻服務器包括視頻數據采集與編解碼單元、視頻數據壓縮與解壓單元、視 頻數據存儲單元、網絡單元、控制單元和供電單元。其中視頻數據編解碼單元是由CCD攝像 頭、視頻編碼模塊與視頻解碼模塊組成，視頻數據編碼模塊的輸入接口與攝像頭相連，輸出 接口與視頻數據壓縮/解壓模塊的輸入接口相連，主要負責對攝像頭采集到的模擬視頻數據進 行模/數轉換，視頻解碼模塊的輸入接口與視頻壓縮/解壓單元的輸出相連接，視頻解碼模塊 的輸出與液晶屏相連，主要負責對解壓后的視頻數據進行數/模轉換，從而實現本地回放；所 述視頻壓縮與解壓單元主要包括視頻壓縮/解壓模塊以及它的外圍電路，經過視頻數據編碼模 塊數字化了的視頻數據輸入到視頻壓縮/解壓模塊的視頻輸入接口，壓縮/解壓模塊的輸出接口 與解碼模塊的輸入相連接；所述的網絡單元通過總線擴展的方式與控制單元相連；所述的視 頻數據存儲單元是通過USB主機接口外接移動硬盤、U盤或SD / MMC接口外擴SD卡來實 現的；所述的供電單元對其他幾個單元供電；所述的控制單元以嵌入式微處理器為核心，利 用32位總線外擴FLASH， SDRAM，通過視頻壓縮/解壓芯片的外部主機接口對該芯片進行 控制以及讀取壓縮視頻流，利用I2C總線接口控制編碼芯片和解碼芯片。視頻服務器和監護中心的通信方法采用了客戶端/服務器的體系結構，服務器端為網絡視 頻服務器，客戶端為監護中心，網絡視頻服務器通過接入Internet或局域網和監護中心進行數 據通信，采用的是TCP/IP協議。視頻編碼模塊對攝像頭采集來的模擬視頻信號進行模/數轉 換，得到數字視頻信號，然后再通過視頻/壓縮解壓模塊對數字視頻信號進行壓縮，得到MPEG 格式的視頻數據流。用戶只需要在PC瀏覽器中輸入該服務器的IP地址，登陸到該視頻服務 器的主頁上，進行身份驗證，下載安裝ActiveX控件后就可以完成相應的操作。若用戶需要 通過網絡進行遠程監控，則經過壓縮得到的MPEG格式的視頻數據流會以流媒體形式通過網 絡發送給客戶。若用戶需要本地存儲，則該視頻數據流會在控制單元的控制下，存儲到通過 USB接口外擴的存儲單元之中。本系統也具有本地監控的功能，若用戶需要對本地存儲的視 頻監控錄像進行本地回放，控制單元則會讀取USB外擴存儲器中的視頻數據，進而對其進行 解壓、解碼的操作，最終在液晶屏上顯示出來。
網絡視頻服務器的視頻數據編碼模塊處理的是攝像頭釆集到的NTSC/PAL/SECAM格式 視頻信號，產生符合視頻壓縮/解壓單元視頻接口標準的數字視頻信號。在外部主CPU的控 制下，該數字視頻數據由壓縮/解壓芯片進行硬件壓縮編碼，產生的編碼數據流通過芯片內部 集成的Mux FIFO接口輸出，在控制單元的控制下，對其進行USB存儲器處理，處理后的視 頻數據可以存儲在物理介質上，以便在需要時通過鍵盤操作進行回放。網絡視頻服務器的解 壓縮編碼是壓縮編碼的逆過程，需要解壓的數據流通過視頻壓縮解壓芯片內部集成的Demux FIFO接口輸入，解壓縮編碼過程是壓縮編碼的逆過程。本系統中的幾個重要外設都是通過總 線擴展的方式與處理器相連接的。其中讀寫控制信號是每個外設共用的，為了保證它們之間 不會產生相互干擾，應將不同的信號掛載在處理器不同的片選端口。
網絡視頻服務器的數據編解碼單元是基帶模擬視頻信號和視頻壓縮/解壓單元之間的一 個接口電路，它包括一個視頻編碼芯片和一個視頻解碼芯片，主要負責視頻數據的模/數和數 /模轉換，以及數字視頻信號格式的轉換。
網絡視頻服務器的視頻數據壓縮/解壓單元是以視頻壓縮/解壓芯片為核心，該芯片通過其 主機接口與控制單元相連接，同時該芯片還需要外擴大容量、高速SDRAM來緩存待處理的 視頻信息流。
網絡視頻服務器的視頻數據存儲單元是通過USB外擴存儲器來實現的，隨著大容量USB 存儲設備的問世，更多用戶都愿意選擇這種方式。
網絡視頻服務器的網絡單元是以網絡芯片為核心，控制單元通過地址、數據、控制線以 及片選信號線對網絡芯片進行控制和通信。
網絡視頻服務器的控制單元是以嵌入式微處理器為核心，通過總線外擴了 SDRAM、 NAND FLASH,并通過I2C總線控制視頻編、解碼單元。網絡視頻服務器的供電單元采用了穩壓線性電源，由外部輸入的12V直流電源，經過直 流穩壓芯片，分別降到5V、 3.3V和1.8V,供給電路的不同部分使用。
網絡視頻服務器的工作原理如下視頻編碼模塊對攝像頭采集來的模擬視頻信號進行模/
數轉換，得到數字視頻信號，然后再通過視頻/壓縮解壓模塊對數字視頻信號進行壓縮，得到
MPEG格式的視頻數據流。用戶只需要在PC瀏覽器中輸入該服務器的IP地址，登陸到該視
頻服務器的主頁上，進行身份驗證，下載安裝ActiveX控件后就可以完成相應的操作。若用
戶需要通過網絡進行遠程監控，則經過壓縮得到的MPEG格式的視頻數據流會以流媒體形式
通過網絡發送給客戶，在客戶的瀏覽器頁面上進行顯示。若用戶需要本地存儲，則該視頻數
據流會在控制單元的控制下，存儲到通過USB接口外擴的存儲單元之中，按照時間命名各個
視頻文件。本系統也具有本地監控的功能，若用戶需要對本地存儲的視頻監控錄像進行本地
回放，控制單元則會讀取USB外擴存儲器中的視頻數據，進而對其進行解壓、解碼的操作，
最終在液晶屏上顯示出來，并可以進行如快進、快退等操作。
網絡視頻服務器的軟件部分主要運行在控制單元中的嵌入式微處理器中，主要由7個功 能模塊組成具體介紹如下
(1) 網絡視頻服務器的控制模塊網絡視頻服務器的控制模塊負責控制該服務器的各個
模塊對視頻處理芯片的的配置，接受視頻流數據并利用USB存儲設備進行存儲，同時配置
網絡接口建立起完善的網絡功能。從開機開始運行，按下列步驟執行各個模塊，直到關機其 執行。
步驟l:開機上電，運行系統初始化模塊進行對各個模塊的參數配置；
歩驟2:運行本地圖形界面模塊；
步驟3:檢測U盤是否有存儲空間；
步驟4:如果U盤沒有存儲空間，則轉到步驟9;
歩驟5:如果U盤有容量，則進入本地存儲模塊；
步驟6:檢測網絡客戶端是否有連接請求；
步驟7:如果遠程客戶沒有請求，則轉到步驟5;
步驟8:如果遠程客戶有請求，則發送數據包給客戶，進行實時視頻的顯示； 步驟9:系統自動刪除U盤中前一時間段的視頻數據，轉到步驟3。
(2) 網絡視頻服務器的視頻錄制模塊網絡視頻服務器的視頻錄制模塊主要負責從攝像
頭采集的模擬信號轉化為MPEG-4視頻模式。
步驟l:系統上電運行；
步驟2:系統完成對音視頻處理芯片的配置； 步驟3:系統完成對模數轉化芯片的配置； 步驟4:執行本地存儲模塊的檢測存儲空間模塊；步驟5:檢測到無空間，刪除最早的視頻信息，轉到步驟4;
歩驟6:檢測到有存儲空間，對視頻信號進行處理，然后通過音視頻處理芯片的內部接 口，傳輸到本地存儲部分進行存儲。
(3) 網絡視頻服務器的本地存儲模塊網絡視頻服務器的本地存儲模塊主要負責對編碼 后的MPEG格式的視頻數據進行存儲，以供客戶進行本地回放和遠程網絡回放。從開機運行，
按下列步驟執行命令。
步驟l:檢測U盤存儲空間，并將該信息顯示在顯示層面上；
步驟2: U盤有存儲空間，則以系統時間命名文件名進行存儲，方便用戶以時間順序來查 找回放視頻文件；
步驟3: U盤無存儲空間，則系統自動刪除最早錄制的視頻文件，轉到步驟2;
步驟4:遠程客戶或本地客戶有回放需求，調用存儲文件發送給客戶；
步驟5:檢測是否有結束存儲信號；
步驟6:檢測到有結束信號，停止存儲；
步驟7:沒有檢測到結束信號，繼續存儲，轉到步驟5。
(4) 網絡視頻服務器的抓拍功能模塊網絡視頻服務器提供用戶抓拍圖像的功能，利用 視頻處理芯片所帶的JPEG編碼功能實現。圖片是以JPEG編碼形式保存，同樣在保存時以系 統時間命名并在文件名后加'P'，這樣是為了在回放時與視頻文件進行區別。圖片抓拍的實現 流程與視頻編碼流程基本一致，區別在于將編碼模式配置為JPEG模式。按照下列步驟執行 命令。
步驟l:遠程用戶和本地用戶請求抓拍圖像； 步驟2:系統開啟視頻編碼芯片的JEPG編碼功能； 步驟3:檢測系統是否有存儲空間； 步驟4:系統有空間，存入或顯示圖像；
步驟5:系統沒有空間，調用函數刪除最早的視頻文件，轉到步驟4; 步驟6;繼續顯示實時視頻數據。
(5) 網絡視頻服務器的視頻回放模塊網絡視頻服務器的回放模塊是為遠程或本地用戶 觀看以前視頻數據和圖像設置的，為了實現更好的人機交互能力，在視頻解碼回放菜單下， 主要完成以下功能，U盤文件的顯示、視頻文件的選擇、播放時進度條的顯示及視頻文件解 碼顯示中，增添暫停、快進和快退功能。用戶可以通過調用本地存儲的視頻數據進行操作。 進行以下步驟操作-
步驟l:遠程用戶和本地用戶請求視頻回放；
步驟2:系統開啟音視頻處理芯片的解碼功能；
步驟3:從本地存儲模塊調用視頻數據，發送給請求客戶端。
7步驟4:檢測用戶是否停止回放； 步驟5:沒有停止信號，繼續執行步驟3;
步驟6:檢測到停止信號，關閉音視頻處理芯片的解碼功能； 步驟7:繼續執行顯示實時視頻數據的功能。
(6) 網絡視頻服務器的遠程監控模塊網絡視頻服務器的遠程監控模塊負責執行遠程客 戶的各種請求，在監控終端的IE瀏覽器中輸入網絡視頻服務器的IP地址,嵌入式網絡視頻服 務器根據請求，顯示登陸界面，若用戶身份得到確認，則服務器會將ActiveX控件發送給用戶, 用戶下載安裝控件后，根據網頁上不同的按鈕，進行相應的操作，然后提交給網絡視頻服務 器，網絡視頻服務器根據用戶提交的不同信息,完成不同的操作，如連接、斷開、回放、快進、 快退等，具體步驟如下
步驟l:遠程用戶輸入視頻服務器的IP地址，連接服務器； 歩驟2:服務器響應遠程用戶的連接訪問，顯示登陸界面； 步驟3:遠程用戶登陸；
步驟4:若遠程用戶身份不符，則拒絕訪問請求；
步驟5:若遠程用戶通過身份驗證，則服務器發送ActiveX控件供遠程用戶下載安裝； 步驟6:客戶下載并安裝ActiveX控件，開始執行各種遠程操作，進行遠程實時監控。
(7) 網絡視頻服務器的運動檢測模塊網絡視頻服務器的運動檢測模塊通過運動檢測來
控制視頻數據的存儲和報警動作。開始無運動報警信號，存儲模塊處于等待狀態；運動報警信
號到來，啟動存儲模塊，在一定時間內如果沒有繼續收到運動報警信號，存儲模塊自動停止 工作。這樣存儲量比連續存盤少得多，大量無運動的視頻被剪截掉了，大大提高了存盤效率,
有效地節省了存儲空間，提高了視頻監控系統的使用效率。具體實現步驟如下 步驟l:服務器首先設定檢測區域，配置系統的參數；
步驟2:系統將從攝像機采集來的視頻信進行視頻壓縮，壓縮的碼流輸出到緩沖區中； 步驟3:系統檢測是否有運動物體進入事先設定的區域；
步驟4:系統沒有檢測到運動物體，即現場欲動條件不滿足發出報警信號的條件，轉到 步驟2;
步驟5:系統檢測到有運動物體進入該區域時，即現場運動條件滿足發出報警信號的條 件，并自動開啟錄像功能。
本實用新型中的網絡視頻服務器主要具有如下6個功能 1、多機組網功能
本視頻服務器組網方式靈活，可以支持無線網卡連接AP (Aceess Point)或者通過Ethenet 組成局域網，也可以接入Internet,實現跨區域遠程監控；采用本視頻服務器后，網絡綜合布 線代替了傳統龐雜的模擬視頻布線，網絡攝像機即插即用，工程實施大大簡化。2、 多種視頻壓縮格式可供用戶選擇
本視頻服務器視頻圖像格式多樣，用戶可以根據不同的需求，進行選擇，支持的編解碼 協議有MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4，H.263,M-JPEG五種；
3、 本地功能多樣化
本視頻服務器具有本地解壓縮回放功能，給用戶提供本地回放視頻的選擇；本視頻服務 器可以通過USB端口，連接移動硬盤等存儲設備，提供了木地海量存儲功能，為滿足某些特 定的需求，提供最大選擇的靈活度；
4、 防盜報警功能
本視頻服務器具有監測運動圖像報警功能，即可配置為監測的區域內有圖像運動即可報 警的功能；可用于銀行、博物館等對安全有特殊要求的場所。
5、 支持多用戶接入
本視頻服務器可以最多支持20個用戶同時訪問該嵌入式服務器，使用方便，可以在不同 的地點對同 一場所進行監控。
6、 網絡傳輸協議多樣化
本視頻服務器在網絡層可同時支持面向連接的TCP協議和無連接的UDP協議，若該視 頻服務器只在局域網中使用，用戶可以選擇可靠的面向連接的TCP協議；若該視頻服務器是 用在Internet中，為了保證傳輸速度，用戶可以選擇無連接的UDP協議。
系統發送啟動信號給存儲設備，存儲設備一接到啟動信號就將緩沖區的壓縮碼流全部保 存下來，并接著連續存儲視頻壓縮輸出的碼流，直到存儲控制指示停止存盤為止。系統同時進 行報警，以達到警示運動物體的作用。
該網絡視頻服務器組成的監控系統的物理構成包括 一個或多個視頻服務器，有線或無 線的監控終端，交換機，路由器，報警器。連接關系為視頻服務器通過網線或者交換機等 設備與監控終端相連，視頻服務器與報警器相連。
該監控系統主要功能為網絡攝像機不僅可基于計算機局域網用于區域監控，如住宅小 區監控、辦公樓、銀行、商場等傳統地監控；而且也能通過Internet用于新型地跨區域遠程監 控及網上展示，遠程兒童及老人看護、無人值守通信機房監控、旅游景點網上演播、產品網 上展覽等。
本實用新型與現有技術比較有如下優點該系統采用USB存儲設備存儲視頻數據，成本 低、容量大。該系統具有快速處理能力、數字信息抗干擾能力、便于快速查詢記錄、視頻圖 像清晰及單機顯示多路圖像等優點，而且依托網絡，真正發揮了寬帶網絡的優勢，通過IP網 絡，把監控中心和網絡可以到達的任何地方的監控目標組合成一個系統，真正適應了目前對 視頻監控系統遠程、實時、集中的需求。
圖1為由本實用新型構成的網絡視頻監控系統結構框圖， 圖2為本實用新型視頻服務器硬件組成結構圖， 圖3為本實用新型視頻服務器軟件組成結構圖， 圖4為本實用新型視頻服務器的軟件層次圖，
圖5為本實用新型一個實施例電源模塊5V， 3A輸出的詳細電路原理圖，
圖6為本實用新型一個實施例電源模塊1.8V， 1A輸出的詳細電路原理圖，
圖7為本實用新型一個實施例電源模塊3.3V, 1.5A輸出的詳細電路原理圖，
圖8為本實用新型一個實施例視頻服務器的視頻編碼模塊電路原理圖，
圖9為本實用新型一個實施例視頻服務器的視頻解碼模塊電路原理圖，
圖10為本實用新型一個實施例視頻服務器的網絡接口模塊電路原理圖，
圖11為本實用新型一個實施例視頻服務器的主控制模塊的電路原理圖，
圖12為本實用新型一個實施例視頻服務器的視頻數據壓縮與解壓縮模塊電路原理圖，
圖13為本實用新型一個實施例視頻服務器的復位電路模塊電路原理圖，
圖14為本實用新型一個實施例視頻服務器的晶振電路圖，
圖15為本實用新型一個實施例視頻服務器音視頻處理模塊系統時鐘電路原理圖， 圖16為本實用新型一個實施例視頻服務器的緩沖存儲模塊FLASH (1)電路原理圖， 圖17為本實用新型一個實施例視頻服務器的緩沖存儲模塊FLASH (2)電路原理圖， 圖18為本實用新型一個實施例視頻服務器的緩沖存儲模塊SDRAM電路原理圖， 圖19為本實用新型一個實施例視頻服務器的本地存儲模塊的USB電路原理圖， 圖20為本實用新型視頻服務器的視頻編碼執行流程圖， 圖21為本實用新型視頻服務器的視頻解碼執行流程圖， 圖22為本實用新型視頻服務器的Bootloader引導流程圖， 圖23為本實用新型視頻服務器的圖像抓拍編碼執行流程圖， 圖24為本實用新型視頻服務器的本地應用軟件總體執行流程圖， 圖25為本實用新型視頻服務器的運動監測執行流程圖， 圖26為本實用新型視頻服務器本地控制模塊軟件詳細執行流程圖， 圖27為本實用新型視頻服務器的遠程監控應用執行流程圖， 圖28 ^實用新型視頻服務器的網絡控制模塊框圖。
具體實施方式
由本實用新型基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器構成的視頻監控系統如圖1所示，視頻 服務器和監護中心的通信方法采用了客戶端/服務器的體系結構，服務器端為網絡視頻服務 器，客戶端為監護中心，監護中心包括通過有線或無線網絡連接在Internet上的計算機、交換
10機等，網絡視頻服務器通過接入Internet或局域網和監護中心的監控終端進行數據通信，采用 的協議是TCP/IP協議。
網絡視頻服務器的硬件構成如圖2所示，其中的控制單元采用的是韓國三星公司生產的 ARM9核心的嵌入式微處理器S3C2410,利用32位總線外擴FLASH、 SDRAM,通過視頻壓 縮/解壓芯片的外部主機接口對該芯片進行控制以及讀取壓縮視頻流，利用I2C總線接口控制 編碼芯片和解碼芯片，本網絡視頻服務器中的幾個重要外設都是通過總線擴展的方式與處理 器相連接的。其中讀寫控制信號是每個外設共用的，為了保證它們之間不會產生相互干擾， 應將不同的信號掛載在處理器不同的片選端口，其接口電路如圖ll所示。圖8到圖18，顯 示了 S3C2410芯片周邊電路的電路原理圖。網絡視頻服務器的供電單元對該系統的穩定工作 起到至關重要的作用。由于本網絡視頻服務器中使用了模數/數模轉換芯片，為使其能更有效 的工作，避免高頻紋波的干擾，本網絡視頻服務器中使用線性電源模塊，MIC4576-5.0、 MIC29150-3.3、 MIC39150-1.8。考慮到AT2042芯片的功耗，為使其能長時間的穩定的工作， 所有電源芯片都選用TO-220封狀，這樣在每個電源芯片后可加散熱片，能保證其長時間有 效工作。網絡視頻服務器的視頻數據編碼模塊采用的是TI公司的超低功耗圖像解碼芯片 TVP5150，如圖8所示，它所處理的是攝像頭采集到的NTSC/PAL/SECAM格式視頻信號， 產生符合視頻壓縮/解壓單元視頻接口標準的數字視頻信號。網絡視頻服務器所采用的壓縮、 解壓芯片為韓國Pentamicro公司生產的AT2042芯片,其電路如圖12所示，上述的數字視頻數 據由壓縮/解壓芯片由AT2042進行硬件壓縮編碼，產生的編碼數據流通過芯片內部集成的 MuxFIFO接口輸出，在控制單元的控制下，對其進行USB存儲器處理，處理后的視頻數據 可以存儲在物理介質上，以便在需要時通過鍵盤操作進行回放。網絡視頻服務器的解壓縮編 碼是壓縮編碼的逆過程，需要解壓的數據流通過視頻壓縮解壓芯片內部集成的DemuxFIFO接 口輸入，解壓縮編碼的基本原理類似于壓縮編碼。網絡視頻服務器的視頻數據解碼模塊選用 SAA7121，它是一款專用的電視信號編碼芯片，可以將輸入的數字信號經過內部的D/A轉化 為適于傳輸的模擬電視信號,通過配置相應的寄存器可以適輸出信號滿足S-video接口或復用 接口。
網絡視頻服務器的網絡單元以網絡接口芯片LAN91CU1為核心，其接口電路如圖IO所 示，主控制芯片S3C2410通過地址、數據、控制線以及片選信號線對LAN91C11網絡芯片 進行控制和通信。主芯片發送信號時首先置發送使能信號，數據發送信號端TXD0 TXD1與 LAN91C11的TXD0 TXD1引腳連接，作為數據的發送通道以S3C2410的時鐘信號TCK發 送數據。數據接收端RXD0 RXD1與LAN91C11的RXD0 RXD1引腳對應連接，為數據接 收通道。LAN91C11由S3C2410選通信號線AEN來選通，通過對LAN91C11 —系列寄存器 的設置，可以實現視頻流的網絡傳輸。LAN91C11的INTRQO端用來產生中斷信號。以太網 控制芯片通過DMA通道進行數據的傳輸。首先設置好傳輸控制和傳輸地址寄存器的參數，依次從指定的數據存儲區域讀取數據，送入內部發送緩沖器中，用MAC對數據進行封裝發 送，并同時記錄己發送完的字節數，等到整個數據塊發送完畢。 一組數據發送完后，請求 DMA中斷，由S3C2410進行處理。
Bootloader是系統啟動時執行的第一個程序，主要完成對硬件系統的初始化。具體包括 S3C2410的初始化、TVP5150功能配置、SAA7121功能配置、加載AT2042固件、以太網及 串口初始化。由于在開機時要顯示開機畫面，故除在Bootloader中初始化相應硬件資源外， 還應將開機畫面的圖片數據，傳送到AT2042 SDRAM中。其工作流程如圖22所示，顯示開 機畫面，主要通過AT2042的JPEG解碼功能來實現。首先配置AT2042的JPEG解碼功能， 將要顯示圖像先以頭文件的形式添加到程序中，當需要顯示時再將圖像數據發送給AT2042。
圖片抓拍功能所抓拍到的圖片是以JPEG編碼形式保存，同樣在保存時以系統時間命名 并在文件名后加'P'，這樣是為了在回放時與視頻文件迸行區別。如圖23所示，圖片抓拍的 實現流程與視頻編碼流程基本一致，區別在于將編碼模式配置為JPEG模式。
視頻編碼功能主要利用AT2042來實現的。首先，配置相應的編碼寄存器，例如編碼模 式、編碼像素點、編碼幀率及設置編碼流格式(PES、 PS、 TS)等等。本系統中采用MPEG-4 模式、720X576、每秒25幀及生成PES流來對視頻數據進行編碼。其流程圖如圖20所示。
視頻解碼回放功能是視頻編碼存儲功能的逆過程，都是通過AT2042來實現的。首先， 將需要解碼的數據按照一定的包格式打包，然后通過主機將這些數據發送到解碼復用(Demux FIFO)隊列，這是配置解碼功能，開始解碼。實現的具體流程如圖21所示。
網絡控制模塊是外部擴展應用程序與視頻服務器交互的一個模塊。本系統網絡控制模塊 的工作過程在監控終端的IE瀏覽器中輸入網絡視頻服務器的IP地址，嵌入式網絡視頻服 務器根據請求，將相應的控制頁面即ActiveX控件反饋給IE瀏覽器，用戶下載控件后，根據 控件上的指令，進行相應的操作，然后提交,該模塊提取操作的信息，根據不同信息通過scoket 套接口與服務器進行通信來分別處理相應的事件，如調節MPEG-4相關屬性、攝像頭的相關 操作等。該網絡控制模塊的設計主要包括三部分本地嵌入式web服務器的配置、ActiveX 控件的編寫、socket套接字實現服務器與監控端通信。其原理如圖28所示
網絡視頻服務器的控制模塊負責控制該網絡視頻服務器的啟動和運行，開機開始運行， 按下列步驟執行各個模塊，直到關機。其總體執行流程如圖24所示，步驟如下
步驟l:初始化系統資源
步驟2:打開AT20421ive功能
步驟3:判斷是否有按鍵操作 步驟4:若有，執行其相應操作 步驟5:若無，繼續等待 步驟6:判斷是否要退出系統步驟7:否，繼續等待 步驟6:是，退出系統
網絡視頻服務器的抓拍功能模塊的執行流程如圖23所示，具體步驟如下
步驟l:遠程用戶和本地用戶請求抓拍圖像；
步驟2:系統開啟視頻編碼芯片的JPEG編碼功能；
步驟3:檢測系統是否有存儲空間；
步驟4:系統有存儲空間，存入或顯示圖像；
步驟5:系統沒有存儲空間，則自動刪除最早錄制的視頻文件，轉到步驟4; 步驟6;繼續顯示實時視頻數據；
網絡視頻服務器的遠程監控模塊執行流程如圖27所示，具體執行步驟如下 步驟l:遠程用戶輸入視頻服務器的IP地址，連接服務器； 步驟2:服務器響應遠程用戶的連接訪問，顯示登陸界面； 步驟3:遠程用戶登陸；
步驟4:若遠程用戶身份不符，則拒絕訪問請求；
步驟5:若遠程用戶通過身份驗證，則服務器發送ActiveX控件供遠程用戶下載安裝； 步驟6:客戶下載并安裝ActiveX控件，開始執行各種遠程操作，進行遠程實時監控。
網絡視頻服務器的運動檢測模塊執行流程如圖25所示，具體實現步驟如下 步驟l:服務器首先設定檢測區域，配置系統的參數；
步驟2:系統將從攝像機采集來的視頻信進行視頻壓縮，壓縮的碼流輸出到緩沖區中； 歩驟3:系統檢測是否有運動物體進入事先設定的區域；
步驟4:系統沒有檢測到運動物體，即現場欲動條件不滿足發出報警信號的條件，跳到 步驟2;
歩驟5:系統檢測到有運動物體進入該區域時，即現場運動條件滿足發出報警信號的條 件，并自動開啟錄像功能。
使用本實用新型的網絡視頻服務器系統，首先確認導聯線、電源、SD卡等安裝正確無誤
后，可以啟動網絡視頻服務器。打開本機電源開關后，直至液晶屏顯示歡迎界面，系統啟動 完畢，此時網絡功能已經初始化完畢，遠程用戶可以通過網絡來訪問該服務器，在監控終端
的IE瀏覽器中輸入網絡視頻服務器的IP地址，嵌入式網絡視頻服務器根據請求，將相應的 控制頁面即ActiveX控件反饋給IE瀏覽器，用戶下載安裝控件后，用戶瀏覽器上將會顯示出 視頻播放窗口和連接斷開錄像回放抓拍五個按鈕，用戶可以 根據需要進行相應的操作。
點擊連接按鈕，客戶端將會向服務器端發出連接請求，待服務器端和客戶端連接上 后，視頻播放窗口將會顯示即時監控畫面。在這種狀態下，點擊錄像或抓拍按鈕網絡視頻服務器將會進行錄像或抓拍操作，得到的視頻文件和圖片文件保存在本地的存儲介質 中。點擊回放按鈕，視頻播放窗口上將會顯示出在網絡視頻服務器存儲介質中存儲的視 頻文件，點擊選中的文件，視頻播放窗口上將會回放相應的視頻文件。點擊斷開按鈕， 客戶端將和服務器端斷開。
在本地，當液晶屏處在歡迎界面時按任意鍵，液晶屏將進入選擇菜單界面，此時，界面 上將會顯示出錄像本地回放抓拍本地監控關閉系統五個圖標。此時在 鍵盤上按向左鍵或向右鍵，選擇光標可以在菜單中的圖標上運動，按確定鍵選 擇相應的操作。其執行流程如圖26所示。
在網絡視頻服務器選擇菜單界面上選擇錄像功能，視頻服務器將進入錄像工作狀態，此 時液晶屏上會顯示即時的監控畫面，網絡視頻服務器會將AT2042產生的MPEG-4格式的視 頻數據流存儲到SD卡之中。若SD卡中空間不足，則系統將會自動刪除最早的視頻文件，然 后繼續存貯。在錄像工作狀態下，按退出鍵，可以回到選擇菜單界面。
在網絡視頻服務器選擇菜單界面上選擇抓拍圖片功能，視頻服務器將進入圖片抓拍工作 狀態，此時，液晶屏會顯示即時的視頻監控畫面，按抓拍鍵，網絡視頻服務器將會對及 時的監控畫面進行抓拍操作，抓拍得到的圖片文件將會被存儲到SD卡中，此時，按退出
鍵，將會回到選擇菜單顯示界面。
在網絡視頻服務器選擇菜單界面上選擇視頻回放功能，網絡視頻服務器將會進入視頻回 放狀態，液晶屏上會顯示目前已經存在的視頻文件，用戶可以通過按向上鍵或向下
鍵移動光標進行選擇，待光標移動到選中的文件上，按確定鍵，系統將播放該視頻文件， 這是在液晶屏上可以看到播放畫面。用戶可以用向左鍵或向右鍵，調節視頻的播放 進度，實現快進或快退。按退出鍵，網絡視頻服務器將退出視頻回放狀態，回到選擇菜 單界面。
在網絡視頻服務器選擇菜單界面上選擇本地監控功能，液晶屏上將會顯示即時的監控視 頻圖像，本設計在這里加入了運動捕獲功能，可以用來實現報警，若監控區域有物體運動， 網絡視頻服務器將會給出報警信號。若是用戶需要，本網絡視頻服務器還可以在錄像狀態下 加入報警功能。
1權利要求1、一種基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器，其特征在于該服務器包括視頻數據采集與編解碼單元、視頻數據壓縮與解壓單元、視頻數據存儲單元、網絡單元、控制單元和供電單元，其中視頻數據編解碼單元是由CCD攝像頭視頻編碼模塊與視頻解碼模塊組成，視頻數據編碼模塊的輸入接口與攝像頭相連，輸出接口與視頻數據壓縮/解壓模塊的輸入接口相連，主要負責對攝像頭采集到的模擬視頻數據進行模/數轉換，視頻解碼模塊的輸入接口與視頻壓縮/解壓單元的輸出相連接，視頻解碼模塊的輸出與液晶屏相連，主要負責對解壓后的視頻數據進行數/模轉換，從而實現本地回放；所述視頻壓縮與解壓單元主要包括視頻壓縮/解壓模塊以及它的外圍電路，經過視頻數據編碼模塊數字化了的視頻數據輸入到視頻壓縮/解壓模塊的視頻輸入接口，壓縮/解壓模塊的輸出接口與解碼模塊的輸入相連接；所述的網絡單元通過總線擴展的方式與控制單元相連；所述的視頻數據存儲單元是通過USB主機接口外接移動硬盤、U盤或SD/MMC接口外擴SD卡來實現的；所述的供電單元對其他幾個單元供電；所述的控制單元以嵌入式微處理器為核心，利用32位總線外擴FLASH，SDRAM，通過視頻壓縮/解壓芯片的外部主機接口對該芯片進行控制以及讀取壓縮視頻流，利用I2C總線接口控制編碼芯片和解碼芯片。
2、 根據權利要求1所述的基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器,其特征在于所述網絡視頻 服務器的數據編解碼單元是基帶模擬視頻信號和視頻壓縮/解壓單元之間的一個接口電路，它 包括一個視頻編碼芯片和一個視頻解碼芯片，主要負責視頻數據的模/數和數/模轉換，以及 數字視頻信號格式的轉換。
3、 根據權利要求1所述的基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器，其特征在于所述網絡視頻 服務器的視頻數據壓縮/解壓單元是以視頻壓縮/解壓芯片為核心，該芯片通過其主機接口與 控制單元相連接，同時該芯片還需要外擴大容量、高速SDRAM來緩存待處理的視頻信息流。
4、 根據權利要求1所述的基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器，其特征在于所述網絡視頻 服務器的供電單元采用了穩壓線性電源，由外部輸入的12V直流電源，經過直流穩壓芯片， 分別降到5V、 3.3V、 1.8V，供給電路的不同部分使用。
專利摘要一種基于嵌入式平臺的網絡視頻服務器，該服務器包括視頻數據采集與編解碼單元、視頻數據壓縮與解壓單元、視頻數據存儲單元、網絡單元、控制單元和供電單元，視頻數據編碼模塊的輸入接口與攝像頭相連，輸出接口與視頻數據壓縮/解壓模塊的輸入接口相連，視頻解碼模塊的輸入接口與視頻壓縮/解壓單元的輸出相連接，視頻解碼模塊的輸出與液晶屏相連，壓縮/解壓模塊的輸出接口與解碼模塊的輸入相連接；網絡單元通過總線擴展與控制單元相連。該系統具有快速處理、抗干擾、便于查詢記錄、視頻圖像清晰及單機顯示多路圖像等優點，通過IP網絡把監控中心和網絡到達的任何地方的監控目標組合成一個系統，適應了目前對視頻監控系統遠程、實時、集中的需求。
文檔編號H04N7/26GK201403163SQ200920013128
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者佘黎煌, 劉欣添, 石 張, 萬 李, 剛 汪, 飛 王, 王明全, 胡成龍, 趙百超, 鮑喜榮, 齊曉龍 申請人:東北大學