基于Hi3531DV100的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁瑞頭 薛丙龍 李 鵬

（湖南天冠電子信息技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及流媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字視頻編解碼和IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸在網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)成為了一個(gè)主要的熱點(diǎn)。目前市面上針對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案多采用嵌入解決方案，具有豐富的功能、較小的體積、易于使用和維護(hù)的特點(diǎn)，本文提出了一種基于華為海思Hi3531DV100 芯片的嵌入式系統(tǒng)解決方案，并詳細(xì)描述了系統(tǒng)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方法。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 多媒體處理器Hi3531DV100

該芯片是一款專業(yè)的多媒體處理器，主要針對(duì)多路標(biāo)清和多路高清DVR 產(chǎn)品應(yīng)用。芯片內(nèi)設(shè)ARM A9 雙核處理器、主頻1.4GHz，集成了高性能的H.264/H.265 視頻編解碼器和高性能視頻圖像處理器，具有HDMI 和VGA 高清顯示輸出接口，同時(shí)還集成了豐富的外設(shè)接口,如UART、SPI、GPIO、SATA 和USB等。

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖見圖1。

圖1 硬件原理框圖

采用鎂光公司的DDR3 SDRAM 芯片用于系統(tǒng)內(nèi)存。Hi3531DV100 具有雙通道32位 DDRC（DDR3 SDRAM Controller），固系統(tǒng)采用四片DDR3，每片位寬16 位，單片容量為512MB，每?jī)善M成一個(gè)通道，每個(gè)通道32 位，總?cè)萘抗?GB,用于操作系統(tǒng)內(nèi)存和圖像處理幀存。

統(tǒng)存儲(chǔ)采用旺宏電子的SPI NOR FLASH，總?cè)萘?2MB，與Hi3531DV100的SPI 控制器相連，用來固化系統(tǒng)引導(dǎo)代碼和用戶程序代碼。

Hi3531DV100內(nèi)置GMAC（Gigabit Media Access Controller），只需外加PHY 芯片即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。本方案PHY 芯片采用瑞昱公司的RTL8211 芯片，GMAC 和RTL8211 芯片通過RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）接口相連，接口全雙工、千兆自適應(yīng)。

Hi3531DV100 通過其內(nèi)部SATA 接口外接SATA 硬盤，容量可選，用于視頻文件的存儲(chǔ)。

電源模塊是硬件系統(tǒng)的核心電路，本系統(tǒng)采用直流12V 供電，內(nèi)部通過DC-DC模塊產(chǎn)生DC5V、DC_CORE（0.9V）、DC_CPU（1.0V）、DC_DDR（1.5V）和DC3V3 等電壓，DC-DC 芯片采用TI 和MPS 電壓芯片方案實(shí)現(xiàn)。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控器軟件基于linux 操作系統(tǒng)和海思提供的媒體處理軟件平臺(tái)(Media Process Platform,簡(jiǎn)稱 MPP)進(jìn)行設(shè)計(jì)，MPP支持應(yīng)用軟件快速開發(fā)，該平臺(tái)對(duì)應(yīng)用軟件屏蔽了芯片相關(guān)的復(fù)雜的底層處理，并對(duì)應(yīng)用軟件直接提供MPI（MPP Programe Interface）接口完成相應(yīng)功能。

視頻監(jiān)控器軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括RTSP 客戶端模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、VDEC 模塊模塊、VPSS 模塊模塊、VO 模塊模塊、文件存儲(chǔ)模塊和視頻回放模塊，見圖2。

圖2 軟件流程圖

2.1 RTSP 客戶端模塊

Rtsp (即時(shí)串流協(xié)定)主要用于流媒體應(yīng)用程序，它提供如何在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù),并可以實(shí)現(xiàn)暫停和快進(jìn)等控制功能。

該模塊作為RTSP 客戶端從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)攝像頭獲取視頻流，每接收到一幀數(shù)據(jù)后就傳送給數(shù)據(jù)緩存模塊。

2.2 數(shù)據(jù)緩存模塊

數(shù)據(jù)緩存模塊負(fù)責(zé)視頻流的緩存，確保數(shù)據(jù)不溢出和播放的流暢性。該模塊基于環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)從隊(duì)列尾寫入，從隊(duì)列頭讀出，當(dāng)尾指針等于頭指針時(shí)，表示環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)空，當(dāng)（尾指針+1）取模隊(duì)列最大長(zhǎng)度后等于頭指針時(shí)，表示環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)滿，見圖3。

圖3 環(huán)形隊(duì)列

2.3 VDEC 模塊

Hi3531DV100 內(nèi)置視頻解碼器，該解碼器支持MPEG4、H.264 和H.265 等協(xié)議，視頻解碼單元由VFMW（Video Firmware）和視頻解碼引擎構(gòu)成，VFMW 從上層軟件接收碼流，對(duì)碼流進(jìn)行解析，然后調(diào)用視頻解碼引擎產(chǎn)生解碼圖像序列。

VDEC 軟件模塊的工作是初始化視頻解碼器硬件參數(shù)并啟動(dòng)解碼器工作，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)線程，線程采用輪詢方式從數(shù)據(jù)緩存模塊或者視頻回放模塊讀取視頻流給VFMW，再由視頻解碼引擎解碼圖像。

2.4 VPSS 模塊

Hi3531DV100 集成了一個(gè)視頻處理子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)輸入圖像進(jìn)行處理，如去噪、去隔行、縮放、銳化等。

VPSS 軟件模塊的工作是初始化視頻處理子系統(tǒng)硬件參數(shù)并啟動(dòng)硬件工作，然后VPSS 模塊從VDEC 模塊獲取解碼圖像進(jìn)行處理。

2.5 VO 模塊

Hi3531DV100 內(nèi)部集成了視頻顯示處理模塊，該模塊負(fù)責(zé)視頻圖像的輸出，視頻顯示處理模塊支持視頻層和圖像層疊加，該模塊從幀存讀取視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，然后輸出，輸出接口有HDMI 和VGA。

VO 軟件模塊的工作是初始化視頻顯示處理模塊的硬件參數(shù)，并啟動(dòng)硬件工作，視頻顯示處理模塊從幀存讀取圖像數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，然后通過視頻接口輸出顯示。

2.6 視頻文件存儲(chǔ)模塊

RTSP 客戶端接收的視頻流為裸流，一般播放器不支持裸流播放，通常需要對(duì)裸流進(jìn)行封裝，封裝格式有AVI、MP4、TS 等，這樣播放器可正常識(shí)別播放。該模塊的主要作用就是負(fù)責(zé)視頻流格式封裝，封裝后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤，方便后續(xù)播放和管理。

2.7 視頻回放模塊

3 系統(tǒng)測(cè)試

基于Hi3531DV100的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行后照片如圖4，系統(tǒng)測(cè)試表明：監(jiān)控畫面清淅、穩(wěn)定、無抖動(dòng)，能正確監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)攝像頭所監(jiān)控角落的視頻信息，達(dá)到既定的效果。

圖4 監(jiān)控畫面

4 結(jié)論

該網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以Hi3531DV100 為控制核心，通過RTSP 協(xié)議從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)攝像頭獲取視頻數(shù)據(jù)，然后經(jīng)視頻解碼后由VDH 硬件模塊輸出顯示，同時(shí)本系統(tǒng)可本地回放記錄的視頻，通過模塊化設(shè)計(jì)，在不增加硬件資源的情況下，通過軟件擴(kuò)展可增加監(jiān)控視頻路數(shù)，具有較好的擴(kuò)展性。