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基于ARM和GPRS的无线远程图像监控系统的设计与实现
Debin Fan
九江大学计算机科学与技术院，江西 九江 332005
摘要：为了减少无线图像监控系统中距离、区域和时间等限制因素的负面影响，本文设计了一种基于ARM和GPRS的通过数宇成像和网络传输技术实现的无线远程图像监控系统。该系统充分发挥了嵌入式图像采集和处理的优点:体积小、功耗低、可靠性高、低成本的GPRS网络。实验结果表明，该系统具有设计方便、性能可靠、实时成像的特点，满足了远程传输的需求，可以方便的被用户查看，该系统具有广阔的应用前景。
关键词：远程监控；ARM；GPRS
1引言
近年来，随着经济的发展，公众对远程现场监控的要求越来越高，他们需要更多的实时图像信息，因为图像是信息最直观、最具体的表达方式，所以图像监控是最重要的应用。图像监控技术越来越数字化、网络化，并与最新的嵌入式技术和网络通信技术相结合。
本文设计了一种基于ARM和GPRS的无线远程图像监控系统，采用“嵌入式微处理器 GPRS模块”设计一种无线数据采集和传输系统，实现了访问简单、多协议接口、移植和升级方便且稳定的系统。
2系统设计
2.1总体结构设计
整个系统由远程监控终端、监控中心服务器和访问客户端组成。它采用分布式客户机/服务器(C/S)的框架，具体结构如图1所示。
远程监控终端安装在监控点，主要用来采集图片并将图片传输到监控中心服务器。终端使用嵌入式平台，通过USB摄像头采集实时图像，同时压缩图像数据，然后GPRS模块通过使用GPRS网络访问Internet网络以实现监控中心服务器的交互。远程监控终端是整个系统的核心。监控中心服务器是整个系统和管理中心的指挥；它负责接收从远程监控终端传输过来的图片，整理数据信息后将其存储到服务器上，最后将图片发送到用户的手机上。图片访问客户端是基于J2ME平台构建的，用户可以使用手机通过GPRS网络查看监控图像。
图1 系统的结构
2.2系统硬件设计
硬件的设计主要集中在远程监控终端上。远程监控终端由微处理器模块、图像采集模块、GPRS通信模块和扩展接口组成。硬件模块如图2所示。
主要模块：
微处理器模块：它是嵌入式系统的“心脏”，它协调每一个模块的工作，主要用来接收图片采集终端（camera）采集的图像信息及远程发送的遥控指令，同时还对该指令进行响应；
GPRS模块：主要负责图片等信息的远程实时传输、搭建GPRS链接和与远程监控中心一起构建用户信息网络；
存储模块：用于存储程序与数据，为系统提供丰富的素材，如存储相机采集的图像数据或存储传输通道发送缓冲区中的信息等；
图像釆集模块：主要釆集图像监控点的图像；
网络服务模块：主要提供以太网接口和完成有线信道的传输；
LED显示模块：主要用于显示包括采集图像的信息和系统运行状态参数的信息，方便开发人员和用户调试和维护系统。
JTAG接口：主机可以对系统进行编程和调试。
图2 硬件模块
2.3系统软件设计
系统的软件设计分为三个部分：远程监控终端的设计、监控中心服务器的设计和图片访问客户端的设计。
远程监控终端是系统中最重要的部分，它提供简单的画面操作入口，可以显示系统的运行状态和控制USB摄像头进行图像采集、压缩图像和接入嵌入式无线网络。它的设计分为三个部分：图像采集、图像压缩和图像远程传输。监控中心服务器是系统的控制中心，它通过 SOCKET通信技术接入互联网，随时监控远程监控终端的连接请求，主要负责向监控终端发送监控指令，接收、存储和显示远程图片。由于无线宽带的限制，我们使用静态传输来传输图片。图片访问客户端是图片检查的终端，用户可以通过手机使用GPRS网络查看图片及与控制中心进行通信。软件的流程图如图3所示。
图3 软件流程图
3主要软件的设计和实现
3.1图像采集模块的实现
该系统使用基于ARM920T内核的S3C2410A微处理器。当嵌入式系统Linux启动时，内存单元会启动。由于芯片的限制，当系统进入保护模式时，任何应用程序都不能直接读写内存和接口等外部设备。因此，系统设计了一个驱动器以允许外部设备进入内核。此外，内核提供的Video4Linux可以支持大多数音频和视频采集设备。该系统通过V4L充分利用了嵌入式系统，简化了硬件的同时实现了图像采集功能。
根据上述分析，图像采集将通过两个步骤实现。首先，设计一个驱动器来驱动USB摄像头；然后，通过V4L收集图片。
系统中使用的主要接口函数有：Open()、mmap()、ioctl()、 munmap()和close()。在函数ioctl( int fd，int cmd，hellip;)中，cmd代表用户进程的控制顺序，fd代表设备文档的描述符，这个函数是用来控制输入和输出数据的访问信息。图像采集过程如图4所示。
图4 图像采集过程
3.2图像压缩模块的实现
在采集图像之前，可以通过video_picture的信息来确定图像的输出格式。常用的格式是BMP和PPM。由于以上两种格式的图片占用了巨大的存储空间，不适合在 Internet上传输，所以需要压缩图片，这里我们将采用JPEG格式。
为了压缩图片，需要编写以下函数：
void put image jpeg(FILE *out, char *image, int width, int height, int quality, int pal)
这里有六个参数，第一个参数是图像文件的名称；第二个参数是采集图片的原始数据；第三个参数是图片的像素大小；第五参数用于设置JEPG图片的压缩质量，跨度从0到100，数字越大获得的数据越多，图像质量越高，第六个参数用于设置灰度。
然后，为了定义数据，我们通常使用 struct Jpeg_compress_struct cjpeg来压缩图片，使用struct jpeg_error_mgr jer来处理压缩的错误。
在实验中，由USB摄像头采集的原始图片的尺寸为320P*240P，数据大小为70.21K。经图像压缩算法压缩后，数据的大小为7K，压缩比例接近10:1，压缩前的图像质量与压缩后的图像质量相差无几，达到了预期的效果。压缩前后的图像如图5所示。
图5a 图像压缩前
图5b 图像压缩后
3.3图像远程传输模块的实现
图像文件的帧编码和解码为JPEG格式。在图像传输过程中，由于压缩率高，丢失包会导致图像模糊。如果我们采用基于TCP/IP的套接字通信，可以保证完及时，完整和可靠的传输图像数据。通过远程监控终端发送图像数据的过程如图6所示。
图6 通过远程传输系统发送数据的流程图
4结论
在这项设计中，我们开展了基于嵌入式Linux和在GPRS图像传输基础上的图像采集与压缩的研究，设计了基于ARM和GPRS的无线远程图像监控系统，并发挥了数字成像技术和网络传输技术的优势。首先，它充分发挥了嵌入式图像采集系统体积小、功耗低、成本低、实时显示和高可靠性的优势。第二，充分利用GPRS网络诸如成本低、速率高、切换时间更少和供电灵活等优点；最后，通过结合两种技术，系统充分利用了上述优势，简化了系统的设计过程。经过实验测试，该系统可实时查看用户图像，具有设计简单、投资少、性能可靠、满足远程传输需要等特点，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] Lei Fengcheng, System of embedded network digital picture monitoring [J], Microcomputer Information, 2006, (9)
[2] Zheng Lingxiang, Design of embedded Linux system [M], Beijing: Beihang University Press, 2008
[3] Zhou Ligong, Rudimentary Lectures of ARM embedded system(second edition) [M], Beijing: Beihang University Press,2008:43-58
[4] Wang Peng, Lv Zhigang, Huang Jian, Wireless picture monitoring on the basis of embedded Linux[J]. Security amp;Safety Technology Magazine, 2009, (1):51-54
[5] Zhao Ming, Yang Huixian, Tang Anping. Research and application of system transplantation of embedded linux on the basis of S3C2440 [J] Chinese Journal of Electron Devices, 2008, 31(6)
[6] Ma Xuewen, Chen Xiaohui, Zhu Mingri, The design and application of Bootloader of embedded system [J]. Computer Engineering, 2005, (7): 96-99
[7] Dai Yanyun, Wang Baixiang Embedded real-time picture monitoring system on the basis of GPRS [J], Industrial Control computer, 2005,(9)
[8] Wang Xiaolan, Ren xiaofang. The design of concentrator in the basis of Gprs remote monitoring system[J], Microcontrollers embedded Systems, 2007, (10): 30-32
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