本文提出了一種網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將單片機控制技術、USB數(shù)據(jù)采集技術與基于TCP/IP協(xié)議棧的計算機網(wǎng)絡結構有機結合起來，使人們能夠通過監(jiān)控現(xiàn)場的攝像機和麥克風等視頻音頻捕捉設備。

　　將監(jiān)控現(xiàn)場的信號通過局域網(wǎng)傳輸，并送到監(jiān)視器上以獲得實時圖像和聲音，從而實現(xiàn)遠程遙視現(xiàn)場。

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，在許多領域，以微控制器為中心的應用系統(tǒng)正逐步取代以計算機為中心的應用。因此，對于網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的研究，越來越多的研究人員將研究重點轉移到嵌入式系統(tǒng)上來?；诖吮尘?，本文提出了一種網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案，其目標是使人們能夠通過監(jiān)控現(xiàn)場的攝像機和麥克等視頻音頻捕捉設備，將監(jiān)控現(xiàn)場的信號通過局域網(wǎng)傳輸，并送到監(jiān)視器上以獲得當?shù)貙崟r圖像和聲音，從而實現(xiàn)遠距離遙視現(xiàn)場。

　　系統(tǒng)工作原理

　　在本監(jiān)控方案中，嵌入式主機系統(tǒng)采用TI公司的混合信號微控制器MSP430F1611作為系統(tǒng)核心控制器，USB主機接口芯片采用Cypress公司的 USB Host/Slave接口芯片SL811HS，以太網(wǎng)傳輸芯片采用REALTEK公司的快速以太網(wǎng)控制芯片RTL8139，系統(tǒng)的穩(wěn)壓源選擇NS公司的 LM1117。

　　系統(tǒng)工作時，由MSP430F1611和SL811HS控制作為USB從設備的攝像頭，并讀入視頻數(shù)據(jù)，對其進行處理和存儲。同時，將麥克風中的音頻數(shù)據(jù)讀入MSP430F1611進行數(shù)據(jù)轉換和存儲。然后，將經(jīng)過傳輸層、網(wǎng)絡層封包后的IP數(shù)據(jù)報由RTL8139封裝成以太網(wǎng)幀，再經(jīng)過以太網(wǎng)變壓器 PE68515傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上。

　　系統(tǒng)結構框圖

　　該方案整個系統(tǒng)由音/視頻數(shù)據(jù)采集模塊、音/視頻數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)傳輸控制模塊以及電源模塊四部分組成，如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)結構框圖

　?。?） 音/視頻數(shù)據(jù)采集模塊：該模塊主要由攝像頭、麥克風及其外圍電路組成。其中攝像頭主要由鏡頭、圖像傳感器和數(shù)字信號處理芯片ZC0301P組成，完成圖像數(shù)據(jù)的采集、轉換及傳輸，VGA視頻圖像的傳輸速度可達每秒15幀。麥克風主要用于采集模擬聲音信號。

　?。?） 音/視頻數(shù)據(jù)處理模塊主要由MSP430F1611和SL811HS組成，完成數(shù)據(jù)采集與處理。嵌入式USB主/從接口芯片SL811HS和16位單片機 MSP430F1611遵從USB1.1協(xié)議，用以實現(xiàn)USB主機功能，并且具有USB總線的接口方式。該模塊作為一個數(shù)據(jù)接口模塊集成到用戶的嵌入式系統(tǒng)中，對攝像頭和麥克風中讀入的數(shù)據(jù)進行處理并存儲。

　?。?） 以太網(wǎng)傳輸控制模塊：主要任務是將經(jīng)過傳輸層、網(wǎng)絡層封包后的IP數(shù)據(jù)報經(jīng)過RTL8139進行以太網(wǎng)封包，封裝成以太網(wǎng)幀后，通過網(wǎng)絡變壓器PE68515傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上。

　?。?） 電源模塊根據(jù)系統(tǒng)中各器件對電源的要求，使外部電源通過LM1117穩(wěn)壓器后，向系統(tǒng)提供3.3V電壓。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　本設計中，單片機采用MSP430F1611，它有48KB+256B的FLASH存儲器，10KB RAM。MSP430F1611與SL811HS主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理功能。MSP430F1611與SL811HS的硬件接口框圖如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)硬件接口電路框圖

　　圖2中，SL811HS的M/S接低電平，工作在主機模式下。CM接低電平，使系統(tǒng)工作在48MHz。由于MSP430F1611既要與SL811HS相連，又要與RTL8139相連，而SL811HS的引腳本身無三態(tài)功能，所以在MSP430F1611與SL811HS之間需要加三態(tài)緩沖器 74HC244，以達到三方通信的目的。SL811HS通過緩沖器接MSP430F1611的I/O口；中斷請求端INTR0直接與單片機的I/O口P1.1相連，SL811HS傳輸完數(shù)據(jù)后產(chǎn)生高電平輸出。通過單片機定時器檢測設備狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)從設備接入，則觸發(fā)外部中斷。

　　MSP430F1611大部分引腳作為I/O口，主要用來與SL811HS和RTL8139通信。

　　MSP430F1611與RTL8139通信的作用是將上層應用程序傳來的音/視頻數(shù)據(jù)進行處理并存儲后，進行數(shù)據(jù)的封裝過程，通過傳輸層將存儲的數(shù)據(jù)封裝成UDP（User Datagram Protocol）數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡層封裝成IP數(shù)據(jù)，以及通過數(shù)據(jù)鏈路層封裝成以太網(wǎng)幀，然后通過物理網(wǎng)絡傳輸?shù)侥康牡亍?/p>

　　系統(tǒng)軟件設計

　　本設計的軟件部分主要包括采集模塊軟件設計和以太網(wǎng)傳輸模塊軟件設計。通過單片機定時器檢測設備狀態(tài)，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)從設備接入，則觸發(fā)外部中斷。當從設備發(fā)現(xiàn)后，通過SL811HS進行設備枚舉，設置設備地址、數(shù)據(jù)描述和配置，然后通過大規(guī)模存儲協(xié)議訪問從設備文件系統(tǒng)。

　　以太網(wǎng)傳輸模塊中斷子程序流程圖如圖3所示。RTL8139數(shù)據(jù)的接收用中斷方式完成。當主處理器向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將1幀數(shù)據(jù)通過DMA通道送到控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，然后發(fā)出傳送命令，RTL8139按照PCI總線主模式將數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖區(qū)轉移到內部發(fā)送FIFO中。當FIFO中數(shù)據(jù)包完整時，RTL8139即開始包發(fā)送?？刂破髟跀?shù)據(jù)發(fā)送完成后通過中斷方式通知主處理器。接收數(shù)據(jù)時，網(wǎng)上傳送來的數(shù)據(jù)包首先被放在接收FIFO中，同時 RTL8139要進行地址過濾。當接收FIFO中數(shù)據(jù)包已達到接收配置寄存器的要求時，RTL8139請求PCI總線按照PCI模式將數(shù)據(jù)傳到接收緩沖區(qū)，接收滿1幀后，同樣以中斷方式通知主處理器數(shù)據(jù)收發(fā)的狀態(tài)。

　　結語

　　本設計主要是針對家居安防中應用而提出的，系統(tǒng)最終可達到的數(shù)據(jù)傳輸速率為8～10Mbps。隨著網(wǎng)絡應用的日益普遍和嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，未來會有更多嵌入式網(wǎng)絡產(chǎn)品產(chǎn)生。