基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控装置

1.基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控装置，包括前端服务器和监控中心；前端服务器包括IP模块、DSP模块、CDMA模块、视频分配器、摄像头、云台、太阳能供电模块和传感器；前端服务器通过网络与监控中心无线连接，其特征在于：云台承载摄像头运动，云台的控制端与DSP模块的控制端信号连接；摄像头信号输出端与视频分配器信号连接，视频分配器的一路输出信号与IP模块信号连接，另一路输出信号与DSP模块的视频输入端口连接，IP模块与DSP模块通过串口RS232连接，IP模块与CDMA模块通过以太网接口连接，传感器与DSP模块通过串口RS232连接，太阳能供电模块为前端服务器提供电源；前端服务器具有DSP与IPMOD的双处理器结构，在DSP模块下，利用基于RF5框架的DSP/BIOS调度管理火焰分析算法、云台控制和串口通信；在IP模块下，利用Linux的多线程调度管理视频压缩传输、网络命令传输和串口通信；视频分配器为IP模块和DSP模块提供两路相同的视频数据，IP模块接收来自视频分配器的一路视频流数据，进行H.264编码，由CDMA网络无线传输到远程的监控中心；同时，DSP模块对来自视频分配器的另一路视频流数据进行图像分析处理，即进行火焰检测；
所述的传感器采用温湿度传感器HY-1，DSP模块采用TI的TMS320DM642芯片，视频分配器采用广东深安集团的VD 100视频分配器，IP模块采用海康威视IP视频处理器，云台为数字重型万向云台BW-Y50，摄像头采用SUNRISE公司的SU-2006的产品；
所述的监控中心为远程的PC机，采用VC++编程实现对前端服务器的控制。

基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控\n装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于图像处理技术领域的视频监控装置，特别是一种利用视频图像处理技术及其硬件系统构建的林区火灾无线远程监控装置。具体涉及一种基于DSP/IPMOD双处理器的智能视频服务器的图像处理、无线网络通信和客户机端监控的林区火灾预警系统。\n背景技术\n[0002] 目前远程视频监控技术得到了长足的发展，视频监控装置的传输和视频信息的处理能力一直是人们研究的焦点。\n[0003] 远程视频监控系统经历了第一代的模拟系统(VCR)，第二代部分数字化系统(DVR/NVR)和第三代完全数字化系统(网络摄像机和视频服务器)三个阶段。然而近年来发展起来的智能视频监控技术可以主动对监控现场的视频图像进行分析，提供预警信息，给现代安防领域带来了新的变革。目前国内智能监控产品还在研发阶段，国外产品售价高，核心技术受到垄断。因此，研发具有自主知识产权的智能视频远程监控系统具有重要意义。\n[0004] 传统的视频监控装置一般采用非实时的本地硬盘记录或实时的有线网络连接传输进行人工监控，服务器端并未包含视频图像处理。不包含视频图象处理的本地硬盘记录不能实时自动监控；而有线网络对边远地区网络布线要求较高，费用昂贵。森林火灾的远程自动监控对林区生态安全和环境保护具有重要意义和现实需求，目前国内林区安防产品开发比较迟滞，阻碍林区监控系统智能化的主要问题包括独立供电、网络传输和嵌入式系统有效的火焰检测算法。国外的林区安防设备大多为卫星遥感，造价高，不适用于我国中小型林区分布散的特点。开发具有独立知识产权的嵌入式智能图像处理视频服务器，取代人工远程监测且提高其监测效能，是视频远程监控系统升级换代的关键。此外，为了在远离电力网的林区搭建基于视频图象的火焰监测系统，采用太阳能独立供电系统；同时采用无线CDMA模块建立前端智能服务器与远程控制中心的通信传输，解决了边远地区无法接入有线网的困难，降低了网络构建成本。\n发明内容\n[0005] 本发明针对现有视频监控技术在边远林区供电受限、有线网络通信布线成本高、缺乏自动图像识别功能等不足，提供了一种基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控装置。\n[0006] 本发明所采用的技术方案为：\n[0007] 基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控装置包括前端智能视频服务器和监控中心。前端智能视频服务器包括IP模块、DSP模块、CDMA模块、视频分配器、摄像头、云台、太阳能供电模块和传感器；前端智能视频服务器通过网络与监控中心无线连接。\n[0008] 云台承载摄像头运动，云台的控制端与DSP模块的RS232串口连接；摄像头信号输出端与视频分配器信号连接，视频分配器的一路输出与IP模块信号连接，另一路输出与DSP模块的视频输入端口连接，IP模块与DSP模块之间通过串口RS232连接，IP模块与CDMA模块通过以太网接口连接，传感器与DSP模块通过串口RS232连接；太阳能供电模块为前端服务器提供电源。所述的监控中心为远程的PC机，采用VC++编程实现对前端服务器的控制。\n[0009] 本发明采用太阳能供电和CDMA无线传输技术，视频监控设备对供电和网络设施要求低，成本投入少，可实施性强，较好的满足了森林火灾的智能监控；同时，IP模块采用H.264视频编码，占用的通信宽带的小，便于储存和管理，为监控中心提供实时视频图像，便于人工监控和智能图像分析监测分析；该装置的前端智能视频服务器采用DSP+IPMOD的双处理器结构，在DSP模块下，利用基于RF5框架的DSP/BIOS调度管理火焰分析算法、云台控制和串口通信；在IP模块下，利用Linux的多线程调度管理视频压缩传输、网络命令传输和串口通信。这种双核结构提高了系统的稳定性和可靠性，具有高质量、高可靠性的实时视频监控和火焰分析功能。\n[0010] 本发明装置的基本工作过程包括如下步骤：\n[0011] 1.太阳能供电模块为前端智能视频服务器提供安全、可靠的多级直流电源。摄像头可进行360度旋转的视频图像采集；\n[0012] 2.智能视频服务器启动，智能视频服务器通过IP模块的以太网口经CDMA模块建立与远程PC的通信连接；\n[0013] 3.远程PC客户机通过监控界面设置视频编码参数，进行编码参数的初始化；\n[0014] 4.启动视频采集。在任一时刻t，视频分配器为IP模块和DSP模块提高两路相同的视频数据。IP模块接收来自视频分配器的视频流数据，进行H.264编码，由CDMA网络无线传输到远程的监控中心；同时，DSP模块对来自视频分配器的视频流数据进行图像分析处理(火焰检测)；\n[0015] 5.当DSP模块确认有火情的发生，确定火情发生的位置和级别，将报警信息向远程监控中心发送报警信息；\n[0016] 6.监控中心接收到报警信息，对火情进行确认和处理。在监控过程中，监控中心可以实现视频播放、气象参数查询、云台状态查询、火灾报警、云台控制和镜头控制功能；\n[0017] 7.当监控中心通过监控界面发出云台方位角改变的控制命令时(或云台状态查询、气象数据查询)，控制命令流经CDMA模块通过IP模块传至DSP模块，从而改变云台的姿态(或查询云台姿态)；\n[0018] 8.DSP模块将监控现场的温湿度气象数据(来自传感器)和云台及摄像头的工作状态经IP模块通过CDMA无线路由器模块传输到远程的监控中心。\n[0019] 本发明相对于现有技术具有以下优点：\n[0020] 1.本发明采用由海康威视提供的IP视频模块，它以DAVINCI芯片为处理核心，在利用H.264技术实现视频的编码的基础上，根据系统的需要，利用linux的多线程机制实现系统的多任务调度运行，比其它芯片更加的高效和稳定。\n[0021] 2.本发明采用IP和DSP模块的双处理器结构，IP模块下的DAVINCI本身又是ARM+DSP的一个双核芯片，DSP核进行视频数据的压缩编码，ARM核进行系统管理。而DSP模块下的DSP核进行图像处理和云台控制管理。通过明确细化的分工减少单个芯片的工作负荷，不仅提高了工作效率，而且进行信息交互和协调，从而实现高质量、高可靠性的实时视频监控和火焰分析监测，设备结构简单，便于安装、使用和管理。\n[0022] 3.本发明从视频分配器获取现场视频流数据，采用自动背景更新、运动检测和特征提取等视频图像分析与处理技术，提供全天候火焰检测。适用于中小型林区安防监测。\n[0023] 4.本发明在DSP模块中，利用DSP/BIOS实现多线程、多任务之间的通信、同步与互斥，增强了系统的稳定性和可靠性。并对DM642的串口中断引脚进行配置，实现了万向云台及摄像机的实时驱动控制。\n[0024] 5.本发明采用CDMA无线传输技术，实现了视频监控数据流的实时无线传输，比传统的视频监控设备的适用范围更加的广泛，而且成本更低、功能强。\n附图说明\n[0025] 图1本发明的结构示意图。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图对本发明做进一步阐述。\n[0027] 如图1所示，基于DSP/IPMOD智能视频服务器的林区火灾无线远程监控装置包括前端智能视频服务器(虚线框表示的范围)和监控中心9，前端智能视频服务器包括IP模块5、DSP模块6、CDMA模块7、视频分配器4、摄像头3、云台2、太阳能供电模块1和传感器\n8；前端智能视频服务器通过网络与监控中心9无线连接。\n[0028] 云台2承载摄像头3运动，云台2的控制端与DSP模块6的RS232串口连接；摄像头3信号输出端与视频分配器4信号连接，视频分配器4输出两路视频信号分别送至IP模块5和DSP模块6的视频输入端口；IP模块5通过串口RS232与DSP模块6连接，同时通过以太网接口与CDMA模块7连接，DSP模块6通过串口RS232与传感器8连接；太阳能供电模块1为前端智能视频服务器提供电源。监控中心9为远程的PC机，采用VC++编程实现远程视频播放和控制功能。\n[0029] 本实施例中传感器8采用上海象东气象仪器科技有限公司的温湿度传感器HY-1，DSP模块6采用TI的TMS320DM642芯片，视频分配器4采用广东深安集团的VD 100视频分配器，IP模块5采用海康威视IP视频处理器，云台2为数字重型万向云台BW-Y50，选自深圳亿安成科技有限公司，摄像头3采用SUNRISE公司的SU-2006的产品。\n[0030] 本实施例中视频分配器4输入电压为直流12V，用于实现对摄像头3采集的信号进行复制，输出两路相同的视频信号。分别提供给IP模块5和DSP模块6。云台2承载摄像头3，可以实现监控视角的调节，根据实际需求实现监控视角的定位以及巡航等功能。\n[0031] 本实施例中IP模块5视频压缩编码采用H.264视频压缩标准。H.264是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)共同提出的继MPEG4之后的新一代数字视频压缩格式，它即保留了以往压缩技术的优点和精华又具有其他压缩技术无法比拟的许多优点。\n[0032] 本实施例中DSP模块6选用TI的DM642芯片，集成了SDRAM、FIASH、UART和网络接口等外设。由于网络接口由IP模块5提供，故在DSP模块6中未进行开发使用。SDRAM为DSP模块6的主要存储器，本实施例在DSP片外扩展了32MBytes的SDRAM，数据宽度为\n64bits，位于EMIF的CE0子空间，用于系统运行时程序和数据的存放。UART为DSP模块6的串行数据接口，本实施例在DSP片外采用TL16C752B实现了两路异步串口，位于EMIF的CE1子空间，用于DSP模块6与外界系统和设备的信息交互。本实施例在DSP芯片外扩展了\n4MBytes的8bits异步静态存储器FLASH，位于EMIF的CE1子空间，用于导入和装载CPLD的配置信息和在系统掉电时存放程序和数据。\n[0033] DM642具有3个可配置视频端口(VP0，VP1，VP2)。这些视频端口给公共视频编解码设备提供了直接接口。DM642视频端口支持多种解决方法和视频标准(例如，CCIR601，ITU-BT.656，BT.1120，SMPTE125M，260M，274M，296M)。这三个视频端口是可配置的，并能提供视频捕获和/或视频显示模式。每个视频端口由两个通道组成--A和B，这两个通道具有一个可分离的5120字节捕获/显示缓存。\n[0034] 本实施例中DSP模块6带有高性能的视频解码芯片和编码芯片，视频解码芯片采用TVP5150PBS，可将NTSC和PAL视频信号转换成数字色差信号(YUV4:2:2)，支持支持两个符合视频或一个S段子输入。输出格式为ITU-RBT.656，并支持高级的VBI功能。TVP5150PBS的配置通过标准的IIC总线完成。视频编码芯片采用SAA7121H，视频编码器SAA7121H支持NTSC和PAL格式的视频编码，用于产品开发时图像分析结果的输出显示。其输入支持ITU-RBT.656格式的数字视频。SAA7121H有1路复合视频(CVBS)输出和1路超级视频(S-Video，Y/C)输出。SAA7121H的配置也是通过标准的IIC总线完成。\n[0035] 本实施例采用IP模块+DSP模块的设计方案，其实质为DAVINCI+DSP的双处理器结构。结合IP模块5和DSP模块6的优势，从而实现了高质量、高可靠性的实时视频监控功能，并且设备结构简单，便于安装、使用和维护管理。IP模块5采用H.264视频编码技术，减小了视频流数据，极大的提高了传输的效率；DSP模块6自动背景更新、运动检测和特征提取等视频图像分析与处理技术，提供全天候火焰检测；利用CDMA模块7的无线传输，不需传统视频监控装置的有线网连接，适用面广，而且监控现场利用云台可根据需要进行多角度、全方面的监控跟踪，监控的范围大。\n[0036] 本实施例中在DSP模块6中采用硬件中断(HWI)来实现对IP模块6串口数据的响应，在HWI中读取串口数据并触发SWI，在SWI中将串口数据封装到MSG消息体中并触发TSK，各个TSK在SEM信号灯的协调下共享处理串口数据。在IP模块5中利用Linux多线程调度机制，通过创建串口数据接收线程来阻塞等待接收来自DSP模块6的串口数据，并利用互斥锁来实现各个线程之间对串口数据的共享。\n[0037] 本实施例中火灾远程无线监控装置具体工作过程如下：\n[0038] 1.本火灾远程无线监控装置运行之前，太阳能供电模块为前端智能视频服务器提供安全、可靠的多级直流电源。摄像头安装在云台之中，可进行360度旋转的视频图像采集。\n[0039] 2.智能视频服务器启动，CDMA路由器模块上线连接网络，智能视频服务器通过IP模块的以太网口经CDMA模块向远程PC机9呼叫，建立与远程PC的通信连接；\n[0040] 3.远程PC机通过林区火灾视频监控界面设置视频编码参数，控制命令通过CDMA模块传至IP模块，进行编码参数的初始化；\n[0041] 4.启动视频采集。在任一时刻t，视频分配器为IP模块和DSP模块提高两路相同的视频数据。IP模块接收来自视频分配器的视频流数据，进行H.264编码，将编码后的视频流经RJ45网口传给CDMA无线路由器模块，由CDMA网络无线传输到远程的监控中心实现视频流的解码播放；同时，DSP模块对来自视频分配器的视频流数据进行图像分析处理(火焰检测)；\n[0042] 5.当DSP模块中运行的火焰检测算法确认有火情的发生，确定火情发生的位置和级别；将报警信息经RS232串口传至IP模块，IP模块对报警信息打包经CDMA模块向远程PC机(监控中心)发送报警信息。\n[0043] 6.监控中心接收到报警信息，对火情进行确认和处理，同时可以根据现场的视频图像调节云台的方位角和镜头参数，实现对火情区域的精确定位。在监控过程中，监控中心可以实现视频播放、气象参数查询、云台状态查询、火灾报警、云台控制和镜头控制功能。\n[0044] 7.当监控中心通过监控界面发出云台方位角改变的控制命令时(或云台状态查询、气象数据查询)，控制命令流通过CDMA模块传至IP模块，IP模块继而传至DSP模块，DSP模块经其RS232串口向云台发送控制命令，改变云台的姿态(或查询云台姿态)。\n[0045] 8.DSP模块将监控现场的温湿度气象数据(来自传感器)和云台及摄像头的工作状态经IP模块通过RJ45网口传给CDMA无线路由器模块，由CDMA无线传输到远程的监控中心；\n[0046] 以上所述仅为本发明的而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改和等同替代等，均应包含在本发明的保护范围内。