基于i.MX27的移动视频监控终端的设计

摘要：研制了一种基于H．264移动视频监控系统，采用i．MX27芯片作为嵌入式CPU芯片，片内集成了H．264硬件编解码视频处理单元。从系统的硬件设计和软件设计两部分介绍了系统的视频采集、压缩、存储、传输及系统控制等方面设计。实验证明，该系统集成度高、成本低、功耗小、功能多而强大，在移动视频监控领域中有广泛的应用前景。
关键词：嵌入式；i．MX27；H．264；视频编解码；无线传输

0 引言
    i．Mx27多媒体应用处理器是飞思卡尔半导体DragonBall家族的最新成员，片内集成H．264／MPEG4／H．263全双工硬件编解码视频处理单元，可广泛应用于视频监控、数字录像机、网络广告机、V2IP可视电话、IPTV机顶盒、智能手机、便携式多媒体播放器、移动电视、车载多媒体产品等。
    设计了一种基于i．MX27的移动视频监控终端，应用于公交视频监控系统中。终端采集的视频数据和GPS位置信息可以实时传输到公交调度监控中心，在网络不佳的情况下也可以在本地保存视频数据和GPS位置信息，在公交车到站后通过WIFI无线网络集中高速传输到监控中心。

1 公交视频监控系统组成及功能描述
1．1 系统组成
    系统组成的结构图如图1所示。

1．2 系统功能描述
    (1)视频监控功能。车载设备最多支持4个摄像头，可分别监控前后车门、车厢前后；
    (2)GPS定位功能。视频监控设备应该从GPS设备获取当前时间、经纬度信息，并以时间标签形式嵌入录制的视频文件或视频流中(即字幕方式)；GPS的信息(每秒1条)同时写入日志文件，用于后期的增值处理：视频设备内部保存的视频文件与此GPS日志文件一一对应；
    (3)成批通讯功能。当车辆位于停车场、站等有WIFI／WinMax等高速无线网络的位置时，可随时进入后台的数据传输工作模式。传输的内容包括视频文件与GPS日志；
    (4)实时通讯功能。当终端安装有GPRS／CDMA网络通讯模块功能时，可以进行实时视频数据和GPS位置信息的传输。

2 移动视频监控终端硬件设计
    移动视频监控传输终端采用i．MX27为核心器件，外扩了GPS模块、WIFI模块实现了对移动视频的采集、存储、无线传输功能。同时通过GPS信息可以准确地定位移动设备的实时位置。
    系统硬件结构图如图2所示。

3 移动视频监控终端软件设计
    终端系统采用嵌入式Linux操作系统，以提高服务的可靠性和系统效率。软件主流程框图如图3所示。

3．1 终端应用软件
3．1．1 视频采集、编码、存储
    视频编码采用H．264标准，以较少的数据提高更高的视频清晰度。视频本地存储采用大容量SD卡或U盘。不采用移动硬盘，以避免公交车运行中因震动而造成移动硬盘的损坏。
3．1．2 无线网络传输
    终端系统设计有WIFI高速无线网络和GPRS／CDMA网络，以适应不同的应用场合。在WIFI热点遍及的地方采用WIFI无线网络进行高速数据传输，其他情况下可以通过GPRS／CDMA无线网络传输数据。
3．1．3 GPS信息及其他信息的采集和处理
    终端系统每秒保存实时GPS信息，并实现和视频数据的时间同步。同时还定时采集其他一些报警检测等周边信号，供系统处理。
3．2 关键技术实现原理
3．2．1 视频实时传输处理机制
    在网络带宽不稳定或者较差的情况下，为了尽量保证网络视频服务器传输到服务器的视频数据的完整性和实时性，系统采用了双重处理机制：
    (1)单位时间内比较视频历史缓冲中的数据包个数，如果发现数据包个数大于500包，则执行清除历史缓冲操作，并重新关闭打开编码器来编码出一个新的IDR帧用于传输；
    (2)定时比较当前编码帧的时间与待发送的数据包的时间的差值，如果时间大于5s，则执行清除历史缓冲的操作，并重新关闭打开编码器来编码出一个新的IDR帧用于传输；
    (3)另外为了保证对带宽的充分利用，保证传输到服务器端的码流可以正常播放，现在在清除历史缓冲的时候增加了I帧的完整性判断，必须保证当前传输的视频数据非I帧才执行清除历史缓冲的操作；
3．2．2 视频捕获和编码部分的具体实现

4 结束语
    本文阐述了基于i．MX27的移动视频监控终端的实现原理以及在公交调度监控中的应用，着重介绍了移动视频监控终端的设计方案和实现方法，并对其中的一些关键技术的实现作了详细的描述。该系统已经在公交监控中试运行，并取得了良好的使用效果。