摘要：基于目前自然火灾的监视情况，设计了一种基于GPRS的远程视频监测系统。使用GPRS网络实现远程视频监控技术，提出使用专用视频压缩芯片实现MPEG-4视频压缩的系统设计方案。本文研究的视频监控终端采用C/OS-II作为其嵌入式操作系统，利用GPRS无线传输模块接入互连网，接收服务器可以在监控中心实时监控多点传来的视频监控信号。

　　关键词：GPRS;MC39i;MSP430FG4619单片机

　　1引言

　　随着科学技术的不断发展，大自然的环境却收到了越来越严重的破坏。其中火灾是很值得关注的重要问题，近年来，森林火灾频频发生，由于森林的面积广阔，一旦出现火灾，往往由于没有及时发现而造成重大的损失。由于面积广阔，建造有线通讯设施成本太大且频频维护，这是以往影响无人值守的火情了望台应用的技术瓶颈。但是，空间及遥感技术、计算机技术、通信与网络技术的快速发展为森林火灾监测的研究提供了不断完善的方法和手段。本文研究的森林火灾视频监控终端采用μC/OS-II作为嵌入式操作系统，为了支持GPRS网络通信，系统需要PPP或SLIP协议的支持。由于μC/OS-II不包括TCP/IP协议栈，所以要编写设备的网络接口。本文选用免费的TCP/IP协议栈LwIP v0.6.4作为设计核心，在μC/OS-II上移植了LwIP以实现TCP/IP协议栈，从而获得了一个功能完善的嵌入式IP终端。然后数据到达GPRS数据传输终端，通过GPRS网络到达数据监控中心，达到对火灾监控的目的。 GPRS传输技术概述 GPRS(General Packet Radio Service)即通用分组无线业务，是在现有GSM系统上发展起来的一种承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS是 GSM Phase2+阶段规定实现的内容之一，它的目标是提供高I00kbit/s以上速率的分组数据业务[1]。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准同样的频带同样的突发结构同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖GPRS理论带宽可达到171.2kbps,实际应用带宽大约在40-100KbPs，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于Internet连接数据传输等应用，在移动用户和数据网络之间提供一种连接给移动用户提供高速无线IP或X.25服务巨大的吞吐量，改变了以往单一面向文本的无线数据应用，使得包括图片语音和视频在内的多媒体业务成为现实。GPRS采用分组交换方式仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源，使用GPRS在一个小区内多个用户可以共享一条无线信道，同时进行通信大大提高了信道的利用率，即用户可随时与网络保持联系:比如用户用GPRS访问互联网时当没有数据传输时就进入一种准休眠状态，释放所用的无线频道给其他用户使用这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当有数据传输时立即向网络请求无线频道用来传送数据，而不是像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。

　　3监控系统的组成和设计

　　3.1系统结构组成

　　整个系统可以分为两个部分：监控终端和监控中心两个部分。监控终端的主要任务是对火灾现场视频图像的采集，压缩后送到GPRS传输终端，数据经过TCP封装->IP封装->PPP封装,然后将数据发送到GPRS网络,通过无线网络传输到监控中心。监控中心对收到的图像信息解压还原并显示。整体结构图如下所示。

　　3.2系统硬件设计

　　整个系统的设计包括GPRS终端的硬件与软件的选择与设计、视频监测终端网络接口软件设计、网络接口协议、TCP/IP协议处理等。

　　由于GPRS作视频传输需要考虑带宽的问题。由于高精度实时视频信息量巨大，需要较高的传输码率，GPRS提供的带宽并不能达到这一要求。因而需要对现场采集视频信息进行压缩后传输。在这里我们采用了目前比较流行的MPEG-4动态视频压缩编码方法。MPEG-4采用可变取样率的作法，在20kbps-6Mbps的

　　传输环境中都可以播放，适合于移动终端的图像传输[2]，以便GPRS网络传输。

　　我们选用的专业视频编码芯片为SAA7113H，视频压缩使用支持MPEG-4编码的专用芯片IME6400完成，其连接结构大致如下图：

　　CV BS

S-Video控制线

　　数据线

　　视频的采集首先由摄像头进行拍摄，然后以S-Video(亮色分离信号)方式输出到SAA7113H视频编码芯片进行视频A/D转换。SAA7113H支持NTSC/PAL/SECAM制式的模拟信号到数字视频的转换。转换后的彩色数字视频的Y：Cb：Cr格式为4：2：2。SAA7113H的输出视频由IME6400接收后进行压缩。

　　处理器通过I2C总线与SAA7113H连接，对其各个功能寄存器进行配置。SAA7113H输出8位数字信号VP0~VP7;输出两路参考信号RTS0~RTS1，通过设置内部寄存器可分别配置成水平参考信号(HREF)、垂直参考信号(VREF)、或者奇偶场同步信号。输出信号引脚分别与IME6400的VD0~VD7连接。SAA7113H输出的数字信号

　　是以27MHz的LLC时钟为同步信号，即每个LLC周期内有1个字节输出(下降沿有效)。IME6400通过PCLK与LLC引脚进行连接，在每个LLC的下降沿读取SAA7113H的视频输出信号。

　　IME6400芯片可以支持MPEG-4/2/1视频压缩编码标准;同时支持I、P和B帧压缩。其图像大小可以编程设定;可以支持固定和可变码率压缩，并且支持动态检测。IME6400提供支持16位的外部HOST引脚接口，可通过总线接口与处理器连接。LPC2214可通过总线对IME6400的寄存器和存储资源进行读写，以及获取视频信号压缩后的MPEG-4码流。处理器将读取到的视频码流保存在外扩的

　　SDRAM寄存器中，等待进一步的发送处理。

　　采集终端采用的是MSP430FG4619单片机 ,MSP430FG4619是TI公司最新推出的超低功耗特性的Flash型单片机,该系列单片机具有丰富的内部资源,大容量片内flash和强大的信号处理能力,其性价比相当高,在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优势。片上资源的使用使得系统硬件设计简化,同时可以提高系统的可靠性。单片机完成整个系统所需的协议栈(PPP,IP/TCP)以及监测数据的采集、中心主站命令的解析等。

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