嵌入式智能视觉系统设计研究

嵌入式智能视觉系统设计研究

蔡虎

南京定成智能科技有限公司 江苏南京 210000

摘要：本文对无线视觉监控原理进行分析，并阐述该系统的设计方法，包括总体结构与软硬件设计等内容。该系统的硬件平台设计是在ADSP BF533基础上完成，无需铺设监控点线路便可展开通信，使系统功能更加完善，实现视频图像的灵活传输，在对实时性要求不高的场所中得到广泛应用。

关键词：嵌入式；视觉系统；智能化；软硬件设计

引言：当前无线通讯技术飞速发展，无线通信应用范围日益扩大，视觉监控系统的应用频率随之增加。该系统可实时采集被监控节点的图片、视频文件等，依靠无线网络传递给远程监控中心，并动态报告被监测点的状态，便于及时发现和解决问题。与以往系统相比，视觉系统更加智能便捷，无需铺设网络电缆便可迅速部署数字摄像设备，依靠网络传递数据，在灵活性方面具有显著优势。

1无线视觉监控原理

当前5G技术已经来临，无线通讯技术发展为数字视频数据传输扩展了新路径，使视觉监控更加多样智能，监控范围也更广阔。GPRS作为一项新的分组数据承载业务，与现有的GSM语音系统相比，本质区别在于GSM属于电路交换系统，而GPRS为分组交换系统。对此，后者在突发性、间断性、少量数据传输中具有理想的应用效果，拥有较强的经济性优势。无线视觉监控可分为两种类型，一种是依靠视觉监控终端采集视频信号，并根据实际需求压缩处理，采用MPEG、SPS等格式依靠网络传递到服务器端；另一种是借助无线视觉监控终端进行信号采集，将信息压缩为JPEG格式后，借助网络传递到视觉监控中心。值得强调的是，因智能视觉系统采用ADSP BF533作为核心处理器，对负荷、网络费用等进行计算，主要采用后一种方式发送实时压缩图片。用户还可通过设定时长周期，在特定时间将图片传递给监控中心，在检测到运动物体后报警，将图片传递到指定的移动端^[1]。

2嵌入式智能视觉系统设计方法

2.1总体结构

该系统是在GPRS网络中创建TCP传输数据的方式有两种，一种是视频处理模块采用GPRS Moden与GSM基站通信法，分组数据包可从GSM基站传递到SGSN节点，再传递到GGSN网关节点，最终在接收包内处理完毕，变为可在网络中自由传输的格式，传递到视频服务器中；另一种是在视频采集站点中利用GPRS网络直接与视频服务端进行通信，再经过串口将信息传递到视频服务器中。两种方式相比，后者在传递速度、可靠性等方面相对更佳，但通信费用相对较高，且视频服务器在同一时间只能接受一个视频站点的连接请求，适用于移动办公场景。综合来看，本系统采用第一种方式，将视频服务器与网络相连，具备不变的IP地址，服务端可自由选择接受站点传递的连接请求，并为每个与自身相连的站点分配接收编码、解码的线程，由此实现对多个站点的监控，适用于大范围场景中。该系统可包括视频采集、处理与服务器等内容，彼此之间依靠GPRS网络相连，可传送图像编码与控制命令。视频采集模块通电后可自动搜索视频服务器，在与服务器连接后，可通过传输指令的方式，操控图像编码的传输。

2.2硬件设计

该系统主芯片型号为BF533，由ADI企业生产，外设接口数量较多，系统扩展性良好。该系统采用PPI接口采集数字信息，借助芯片中EBIU总线，使网络芯片与SDRAM得以拓展。主芯片的运行频率调整为600MHz，单一芯片可对目标进行跟踪，并将采集数字通过网络传输。在BF533基础上的嵌入系统外围电路主要由三部分构成，即图像采集、网络传输、存储器。

1. 图像采集。选用信号为TVP5150A型号的解码芯片，将SECAM制式视频信号变为ITU-656格式，再按照YCbCr格式以4:2:2的比值转化为数字信号，允许两路模拟输入，解码芯片依靠I2C串行接口编程处理；

2. 网络传输。利用型号为LAN91C11芯片，是专门为嵌入式系统研发的以太网控制器。在该系统设计中，将这一芯片看成异步存储空间，再通过AMS3将其映射到BF533地址空间内，便可利用DMA操作对内部存储空间进行读写操作，使传输效率得到显著提升，还可简化整个数据传输过程；

3. 存储结构。存储器采用统一化的4GB寻址空间，将异步/同步存储器、外设/片内存储器均统一映射到4GN（4GB）空间内。EBIU接口中带有专门的控制单元SDC，可与SDRAM之间无缝衔接。该系统采用SDRAM，存储空间为128MB，可将图像处理的中间结果存储进来。此外，主芯片支持四块连续异步存储空间，每个空间为1MB；该系统还采用了ST企业生产的FLASH，大小为1MB，可利用AMS0片选使能，将其映射到主芯片的首个异步存储空间内^[2]。

2.3软件设计

在图像处理模块与服务器件的交互中，无线通讯模块利用Q2406B，可嵌入到TCP/IP协议栈内，依靠AT指令便可接入网络，节省处理模块与编程所用时间。Q2406B与视频处理模块可通过WAVECOMAT指令集传输数据，还可借助视频处理模块直接将信息传递到Q2406B中，但在网络中传输数据可全部在IP协议基础上完成。无线通讯与互联网的结合使数据包可通过无线媒介传输到IP协议网络，在正式传输之前，为直接到达指定地点，数据包应根据TCP/IP协议进行封装，正因Q2406B之中带有TCP/IP协议栈，才可将串口接收数据封装起来，以GPRS分组数据包的形式传递到GPRS网上。在视觉终端申请连接的情况下，监控中心服务器才可创建专门的套接字，负责与之展开通信，实现二者间的正常通信。首先，利用终端设备向服务端发出连接请求，当服务端收到请求后，根据请求内容向视觉终端发布指令。待终端收到指令后，根据指令内容传递压缩图片到服务器，服务器收到图片后立即回复指令，此时双方均关闭连接。通过上述操作，视觉终端可将一幅JPEG图像通过网络传递到监控中心，或者移动终端上，由此实现数据通信目标。

在客户端软件设计方面，GPRS Modem通电后可自动依附到GPRS网络内，开启命令模式。TCP连接后，GPRS模块开始传输数据，此时可经过串口将图像数据传递到GPRS模块内，该模块利用Socket将信息传递到监控中心，再由监控中心传递回应数据。待数据传输后，图像处理模块可将终止字符传递到GPRS模块中，使GPRS Modem重新恢复到指令接收状态。因内嵌TCP协议栈的缓存区固定，如若串口写入速率超过GPRS传输速率，此时协议栈数据便会丢失。为确保数据传输准确可靠，应开展流控制。该系统采用数据分包法，先将图像文件打包为多个小压缩包，逐一写入串口，利用GPRS模块传递出去。当监控中心接收到一个压缩包后，反馈应答帧，此时模块再将下一个压缩包传递出去。如若超过规定时间仍然没有应答帧返回，便可重新传输一个数据包。此种方式可节约大量时间，使图像传输更加可靠。

结论：综上所述，在通信技术飞速发展下，针对以往监控点线路铺设困难、体积较大、结构复杂、携带不便等问题，本文设计出嵌入式智能视觉系统，具有性价比高、功能丰富、功耗低等特点，并将无线Modem应用到该系统中，使系统应用更加灵活便捷，支持多种格式文件数据传输，适用于远程传输数据系统，整体运行更加稳定可靠，充分满足市场对智能化识别需求，拥有较高的实用价值。

参考文献：

[1]周清杰.基于嵌入式Linux的智能车辆视觉系统的设计与应用[D].中北大学.2019.

[2]刘春宇.基于ARM嵌入式视觉的智能交通诱导系统研究[D].沈阳航空航天大学.2020.