2024年3月27日发(作者：让运恒)
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文章编号：１００２—８６９２（２００７）１２－００８５－０２
基于Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８的嵌入式网络摄像机设计 ・实用设计・
李 鑫，余震虹，高旭麟，张 阳
（江南大学通信与控制工程学院通信研究所，江苏无锡２１４１２２）
【摘 要】提出了一种基于ＳｏＣ的网络摄像机解决方案，给出了其软硬件设计方案，并使用ＷＩＳ公司推出的Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８ ＳｏＣ芯
片实现了系统设计。重点介绍了软件设计，并给出了测试结果。
【关键词】Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８；网络摄像机；嵌入式系统；ｕ－ｂｏｏｔ；Ｌｉｎｕｘ ２．６操作系统
【中图分类号】ＴＮ９４９．２９２ 【文献标识码】Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＩＰ Ｃａｍｅｒａ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８
ＬＩ Ｘｉｎ，ＹＵ Ｚｈｅｎ－ｈｏｎｇ，ＧＡＯ Ｘｕ—ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇ Ｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｊｉａｒｔｇｓｕ Ｗｕｘｉ ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｎ ＩＰ ｃａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｏＣ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｔｆｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＩＰ ｃａｍｅｒａ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏ—
ｄｕｃｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ＳｏＣ ｃｈｉｐ ｃａｌｌｅｄ Ｃｙｐｈｅｒ ７ １０８ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ ＷＩＳ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ
ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】Ｃｙｐｈｅｒ‘７１０８；ＩＰ ｃａｍｅｒａ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｕ－ｂｏｏｔ；Ｌｉｎｕｘ２．６ ＯＳ
１ 引言
嵌入式网络摄像机是一种无需借助电脑，独立运行
在网络中的智能化产品。它具有自动独立联网、通过普通
浏览器实现轻松访问、通过互联网远程监控等应用优势，
电路，整个系统的硬件结构图，如图１所示。
前端ＣＣＤ
图像采集模
ＦＬＡＳＨ ｌｌ’ＤＲＡＭ
块 翼鬈斧
ｌ ＳＡＡ７１１５ ｌ
Ｊ ＡＨＬ ｝
８ Ｍｂｙｔｅ ｌ】１２８ Ｍｂｙｔｅ
完全满足现阶段用户的需求，并具备成为主流网络视频
载体的全部条件，市场应用前景十分广阔ｌ】１。
为满足监控行业的应用需求，网络摄像机应具有音
视频的采集与压缩功能、控制信号输出功能和以太网传
输功能。其中最重要的是音视频数据的压缩处理功能。因
ＷＩＳ ＣＨＩＰ
７ｌＯ８Ａ
Ｉ Ｍ７７１６ ｌ
内置式
音频采集模数
拾音器
转换芯片
Ｊ ＯＫＩ ＴＨＡＩ Ｉ
叶Ｉ 兰 Ｉ
ＲＳ一４８５控制信号
囹
串行接口通信
为网络摄像机的数据传输信道是带宽有限的公用以太网
络，而模拟摄像机的传输信道是由同轴电缆组成的专有
网络，所以如何在网络带宽有限的情况下，向远端发送连
续稳定的数据流至关重要。本文提出的网络摄像机设计
采用高性价比的处理芯片，可较好解决上述问题。
图１ 系统硬件结构图
前端的图像采集模块由光学镜头和ＣＣＤ构成，在一
般情况下，选用１６ ｍｍ的镜头，ＣＣＤ一般可选用Ｓｏｎｙ或
Ｓｈａｒｐ公司的产品板芯，参数为４８０ ＴＶＬ，感光度为
０．１ ｌｘ，尺寸为１／３ ｉｎ的彩色图像采集芯片。ＣＣＤ需１２ Ｖ
直流供电，其输入的模拟视频信号送至ＳＡＡ７１１５，进行模
数转换，得到的数字信号送往７１０８内的专用模块中进行
压缩编码，最终经以太网络接口输出。音频信号的处理方
网一 一
２ 硬件设计
本设计采用的Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８（以下简称７１０８）是美国
Ｍｉｃｒｏｎａｓ公司于２００５年推出的一款高度集成了音／视频
流媒体编码的ＳｏＣ芯片，可实现实时的ＭＰＥＧ一４，
ＭＰＥＧ－２，ＭＰＥＧ－１，Ｈ．２６３和Ｍ—ＪＰＥＧ视频编码，此外，它
法亦是如此。为保证音视频信号的同步传输，需由ＭＩＰＳ
控制模块分别在音视频信号中加入时间戳，在客户端的
电脑缓冲区内，利用时间戳对两种数据进行重组，然后再
由播放器解码播放［３１。整个数据处理过程均由７１０８内含
的ＭＩＰＳ３２模块控制。
还具有一个可编程的音频编码组件，可提供杜比数字
（ＡＣ一３）和ＭＰＥＧ一１／２第一层和第二层格式的音频编码。
７１０８还提供了丰富的主机接口，包括ＨＰＩ，ＵＳＢ２．０和ＰＣＩ
接口，最高可支持３０ ｆ／ｓ（帧／秒）且分辨力达ｆｕ１１一Ｄ１
（７２０￣４８０）的全运动图像［２１。采用７１０８作为网络摄像机的
主处理芯片，结合其提供的接口，再选择相应的辅助芯片
网络摄像机的存储模块采用数据不易失的Ｆｌａｓｈ来
存储固化的引导程序、文件系统和ｕＩｍａｇｅ映像文件，后
者包括操作系统内核和应用程序两部分。先将引导程序
Ｎ０ １２ Ｖｏ１．３１ ２００７（Ｓｕｍ Ｎｏ．３０９）、ⅥＤ５ｏ聃帅鼐 昭
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Ｅ 鲤塑蕉 厘 氯王羼…
的二进制文件通过ＪＴＡＧ接口烧写到Ｆｌａｓｈ中，然后利用
务的调度和通信，而网络摄像机本身的功能性任务则由
相关进程来完成，基于网络摄像机的应用特点，系统包括
嵌入式ＷＥＢ服务器进程ｈｔｔｐｄ，流媒体服务器进程
引导程序下的命令行操作，通过ｔｆｔｐ将ｕＩｍａｇｅ映像文件
烧写进去。结合程序的大小，在此选用了容量为８ Ｍｂｙｔｅ，
型号是Ｓ２９ＧＬ０６４Ｍ１０ＴＡＩＲ４０的Ｆｌａｓｈ芯片，其地址空间
分配如下：
ｓｐｏｏｋ，ｔｅｌｎｅｔ等，操作系统会在设备上电后自启动相应进
程。ＷＥＢ服务器用来允许远程用户通过浏览器进行访
问，可观看视频图像、控制云台及参数设置／７１；ｓｐｏｏｋ进程
包含３个子进程，即一个主控进程，一个视频流传输进程
１）Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ存储区：ＯｘＯＯＯＯＯ０００～ＯｘＯ００４００００，共
２５６ Ｋｂｙｔｅ，其中ＯｘＯ０００２０００～ＯｘＯ０００４０００，共８ Ｋｂｙｔｅ的
空间存储系统的环境变量；
２）ｕＩｍａｇｅ映像文件存储区：Ｏｘ
共６ Ｍｂｙｔｅ；
和一个监控进程，来监控其他两个子进程是否正常工作；
ｔｅｌｎｅｔ进程是为远程管理员保留的操作接口，通过ｔｅｌｎｅｔ
可连接至网络摄像机的ｓｈｅｌｌ操作平台。整个系统的软件
，共１．７５Ｍｂｙｔｅ，
流程图如图２所示。
３） 文件系统区：
存储的文件系统格式为ＪＦＦＳ２。
本系统的ＳＤＲＡＭ容量为１２８ Ｍｂｙｔｅ，由两块６４ Ｍｂｙｔｅ
的ＤＤＲ芯片构成。两芯片的功能不同，一片用于ＭＩＰＳ
处理器，将Ｆｌａｓｈ内的映像文件复制到ＳＤＲＡＭ中，并解
压运行操作系统和应用程序，实现系统的正常工作；而另
一
片ＳＤＲＡＭ专门存储音视频编码过程中产生的大量中
间数据。两芯片分工合作，能大幅度提高和优化整个系统
的性ｆｌ￣Ｅ４ｊ。
３ 网络摄像机的软件设计
３．１开发工具的选取
操作系统选用源码公开且被广泛应用的Ｌｉｎｕｘ２．６内
核。因为其增加了更多的多媒体应用功能，且都具有
Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ（简称Ｖ４Ｌ）的视频处理标准。标准定义
了一套接口，内核、驱动和应用程序均以这个接口为标准
进行交流。如今Ｖ４Ｌ标准已发展到第二版Ｖ４Ｌ２，增加了
很多新功能，并涵盖了几乎所有视、音频流捕捉及处理等
内容。文件系统ＪＦＦＳ２是一个Ｅｔ志结构的文件系统，包含
数据和数据节点在Ｆｌａｓｈ上的顺序存储。
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ代码是芯片复位后进入操作系统之前执
行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统启
动的过渡，从而为操作系统提供基本的运行环境。ｕ—ｂｏｏｔ
是当前较流行，功能较强大的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，可以支持多种
体系结构，本系统则成功移植了ｕ—ｂｏｏｔ １．２．０版本［５１。
３．２软件流程
系统上电后，首先从Ｆｌａｓｈ的零地址处开始执行
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，检查硬件信息并初始化，打开串行接口，向用
户输出系统启动信息。然后，判断进入ｕ—ｂｏｏｔ的何种模
式，若有按键按下，则进入其下载模式，用于从宿主机下
载文件、内核镜像等；若无，则进入正常的启动加载模式，
将ＦＬＡＳＨ内的内核镜像压缩包（包括操作系统、文件系
统等）复制到ＳＤＲＡＭ中，解压后开始启动内核，并将控
制权交给操作系统。至此，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的工作任务结束嘲。
操作系统Ｌｉｎｕｘ２．６获得控制权后，主要完成实时任
８６
电视技旅 ００７年第童 ２期（总第３０９
上电，
硬件初始化
启动内核，
控制权交给ＯＳ
进入 ｂｏｏｔ
下载模式
ＯＳ启动相关进程
视频编码、＼
参数设置 ］
复制内核映像至
是否正常？／ Ｉ
ＲＡＭ，并解压
］正 Ｙ
退出并重启ｌ
图２ 系统流程图
４ 系统测试
本系统使用Ｃ语言进行开发，并已在校园网里测
试。在ＩＥ浏览器里输入网络摄像机的ＩＰ地址，即可进入
ＷＥＢ观看和设置页面，如图３所示。通过网络分析软件，
测得在局域网中网络摄像机的最小响应时间为１ ｍｓ，最
大响应时间为７ ｍｓ，平均响应时间为１．７ ｍｓ，能够满足
实时性的要求。以帧频２５ ｆ／ｓ播放Ｄ１格式的图像，对于
运动图像，视频码率在８０～１００ Ｋｂｉｔ／ｓ左右，且无马赛克；
对于静止图像，码率最低在３０ Ｋｂｉｔ／ｓ左右。在实际应用
中，还可根据使用现场的网络环境和使用者的监控需求，
进行网络带宽的优化设置，保证视频图像的流畅性。
图３ 网络摄像机的ＷＥＢ观看页面
（下转第８９页）
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５检测结果分析
利用本系统对某省级公路进行检测实验，线阵ＣＣＤ
成像系统放置在道路上方，检测范围为同方向３个车道
共１１．２５ ＩＴＩ。通过成像，得到线阵图像，如图５所示。图５
件，具有较高的成像质量；２）具有完善的成像控制系统，
采用专用的激光补光系统，保证系统的全天候工作，使成
像质量不受外界光线变化的影响；３）采用高速ＤＳＰ并
设计专用处理电路，运用多步分析计算并行处理来配合
高速的成像系统，提高了系统的处理能力和实时性，并保
中为一车辆通过检测断面而成的线阵图像，与普通的视
频图像相比，具有背景简单、目标突出等优点。
按照本文提出的算法进行背景估计，得到背景图像，
然后实时地将得到的图像数据与背景作差分运算。接着
对差分图像进行二值化处理，结果如图６所示。利用二值
化图像，对车辆进行分割，结果如图７所示。当车辆离开
时，计算出车辆的特征数据（如车辆的长宽），并将车辆进
行识别分类。
证了系统的精度；４）系统采用了基于小波变换的背景估
计，可实时更新背景数据；５）设计的车辆检测和测速算
法可快速实时地进行检测。
参考文献
［１］傅霆，易术，蒋贵川．长（特长）隧道视频检测系统分析ｌＪＪ．公路，
２００６ｆ６）：２０３—２０６．
［２］曹江中，戴青云，谭志标，等．基于视频的高速公路车辆检测和跟踪
算法『Ｊ１．计算机应用，２００６（２）：４９６—４９９．
［３］ＣＨＥＵＮＧ Ｓ Ｃ Ｓ，ＫＡＭＡＴＨ Ｃ．Ｒｏｂｕｓｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ
ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｔｒａｆｉｆｃ ｖｉｄｅｏ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｖｉｓｕａ＇ｌ Ｃｏｍ—
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ２００４．Ｓａｎ Ｊｏｓｅ：Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ＳＰＩＥ，
２００４：８８ｌ－８９２．
图５ 线阵图像序列 图６ 二值化图像 图７ 目标图像
［４］杨俊，王润生．智能化交通视频图像处理技术研究［Ｊ１．电视技术，
２００６（９）：７４－７７．
为了求得车速，需要对２个ＣＣＤ摄像机得到的车辆
图像进行匹配，以便确定是否为同一车辆，当确定是同一
车辆时，则可根据测速算法求得车速。
［５］ＧＵＰＴＥ Ｓ，ＭＡＳＯＵＤ Ｏ，ＭＡＲ＿ｒＪＮ Ｒ Ｆ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓ—
ｔｅｒｎｓ，２００２，３（１）：３７—４７．
Ｏ 小结
本文实现了一种基于线阵ＣＣＤ摄像机的交通信息
采集和检测系统。通过实验证明，该系统具有如下优点：
作者简介：
黄征（１９８３一），硕士生，主研图像处理及模式识别ｊ
宋焕生（１９６４－），博士，教授。主要研究方向为智能交通、图像处理、
模式识别。
责任编辑：许盈 收稿日期：２００７—１１—０８
１）采用高频、高分辨率的线阵ＣＣＤ摄像机作为成像部
电５乜Ｇ乜Ｇ乜Ｇ
（上接第８６页）
［ＥＢ／Ｏ Ｌ】．［２００５—９—８］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎａｓ．ｃｏｒｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ１．
５ 结语
采用７１０８芯片实现的音视频压缩编码系统，具有开
［３］方景帅，窦文华．基于ＭＰＥＧ４的网络摄像机的设计与实现ｌＪ】．计算
机应用，２ＯＨ０５，２５（２）：２—３．
［４１徐皓，刘峰．基于ＰＮＸ１３０３芯片的ＩＰ网络摄像机的设计ｌＪＪ．电视
技术，２００５（７）：３３—３４．
发周期短、图像质量好等特点。用户可根据对图像质量的
要求及网络环境的不同，选择不同的视频压缩方式和视
频占用网络带宽，并可使用标准浏览器登陆到ＷＥＢ服
［５］孙纪坤，张小全．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发技术详解——基于ＡＲＭ
［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００６．
［６］冷剑青，吴金勇，徐健健．嵌入式网络摄像机ｌＪ１．电子测量技术，
２０ｏ５ｆ６）：ｌ一２．
务器改变相应的参数。网络摄像机安装简单，可应用于零
售商店、财政银行机构、现代交通系统等。通过多种网络
［７］李鹏，潘玲娜，赵雪英．嵌入式ＷＥＢ服务器在网络摄像机中的应用
形式和辅助设备，如使用ＣＤＭＡ／ＥＤＧＥ路由器、ＰＰＰｏＥ自
动拨号上网、无线ＡＰ覆盖等，可使网络摄像机安装使用
更加便捷。
参考文献
［１］沈连丰，宋铁成，叶芝慧，等．嵌入式系统及其开发应用［Ｍ］．北京：
电子工业出版社，２００５．
［ＪＪ．辽宁大学学报，２００４，３１（２）：２—３．
作者简介：
李鑫（１９８３－），硕士生，主研嵌入式系统的开发和应用：
余震虹（１９６２－），副教授，研究方向为光纤通信和嵌入式系统：
高旭麟（１９８１－），硕士生，主研嵌入式系统：
张阳（１９８２－），硕士生，主研嵌入式系统。
盈 收稿日期：２００７－０９—１０ 责任编辑：许
［２］ＷＩＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｗｉｓｃｈｉｐ ７１０８／７１ １８ ＭＰＥＧ ｅｎｃｏｄｅｒ ｄａｔａｓｈｅｅｔ
Ｎ０．１２ Ｖｏ１．３１ ２００７（Ｓｕｍ Ｎｏ．３０９）、ⅥＤＥｏ Ｅ№脯丑柚№ ８９
2024年3月27日发(作者：让运恒)
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｜ｐｐｌｉｅａａｏｎ．Ｉ｝ｐ，．ｏｊ￣ａ ＿． ￣ｅｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
文章编号：１００２—８６９２（２００７）１２－００８５－０２
基于Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８的嵌入式网络摄像机设计 ・实用设计・
李 鑫，余震虹，高旭麟，张 阳
（江南大学通信与控制工程学院通信研究所，江苏无锡２１４１２２）
【摘 要】提出了一种基于ＳｏＣ的网络摄像机解决方案，给出了其软硬件设计方案，并使用ＷＩＳ公司推出的Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８ ＳｏＣ芯
片实现了系统设计。重点介绍了软件设计，并给出了测试结果。
【关键词】Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８；网络摄像机；嵌入式系统；ｕ－ｂｏｏｔ；Ｌｉｎｕｘ ２．６操作系统
【中图分类号】ＴＮ９４９．２９２ 【文献标识码】Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＩＰ Ｃａｍｅｒａ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８
ＬＩ Ｘｉｎ，ＹＵ Ｚｈｅｎ－ｈｏｎｇ，ＧＡＯ Ｘｕ—ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇ Ｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｊｉａｒｔｇｓｕ Ｗｕｘｉ ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｎ ＩＰ ｃａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｏＣ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｔｆｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＩＰ ｃａｍｅｒａ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏ—
ｄｕｃｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ＳｏＣ ｃｈｉｐ ｃａｌｌｅｄ Ｃｙｐｈｅｒ ７ １０８ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ ＷＩＳ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ
ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】Ｃｙｐｈｅｒ‘７１０８；ＩＰ ｃａｍｅｒａ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｕ－ｂｏｏｔ；Ｌｉｎｕｘ２．６ ＯＳ
１ 引言
嵌入式网络摄像机是一种无需借助电脑，独立运行
在网络中的智能化产品。它具有自动独立联网、通过普通
浏览器实现轻松访问、通过互联网远程监控等应用优势，
电路，整个系统的硬件结构图，如图１所示。
前端ＣＣＤ
图像采集模
ＦＬＡＳＨ ｌｌ’ＤＲＡＭ
块 翼鬈斧
ｌ ＳＡＡ７１１５ ｌ
Ｊ ＡＨＬ ｝
８ Ｍｂｙｔｅ ｌ】１２８ Ｍｂｙｔｅ
完全满足现阶段用户的需求，并具备成为主流网络视频
载体的全部条件，市场应用前景十分广阔ｌ】１。
为满足监控行业的应用需求，网络摄像机应具有音
视频的采集与压缩功能、控制信号输出功能和以太网传
输功能。其中最重要的是音视频数据的压缩处理功能。因
ＷＩＳ ＣＨＩＰ
７ｌＯ８Ａ
Ｉ Ｍ７７１６ ｌ
内置式
音频采集模数
拾音器
转换芯片
Ｊ ＯＫＩ ＴＨＡＩ Ｉ
叶Ｉ 兰 Ｉ
ＲＳ一４８５控制信号
囹
串行接口通信
为网络摄像机的数据传输信道是带宽有限的公用以太网
络，而模拟摄像机的传输信道是由同轴电缆组成的专有
网络，所以如何在网络带宽有限的情况下，向远端发送连
续稳定的数据流至关重要。本文提出的网络摄像机设计
采用高性价比的处理芯片，可较好解决上述问题。
图１ 系统硬件结构图
前端的图像采集模块由光学镜头和ＣＣＤ构成，在一
般情况下，选用１６ ｍｍ的镜头，ＣＣＤ一般可选用Ｓｏｎｙ或
Ｓｈａｒｐ公司的产品板芯，参数为４８０ ＴＶＬ，感光度为
０．１ ｌｘ，尺寸为１／３ ｉｎ的彩色图像采集芯片。ＣＣＤ需１２ Ｖ
直流供电，其输入的模拟视频信号送至ＳＡＡ７１１５，进行模
数转换，得到的数字信号送往７１０８内的专用模块中进行
压缩编码，最终经以太网络接口输出。音频信号的处理方
网一 一
２ 硬件设计
本设计采用的Ｃｙｐｈｅｒ ７１０８（以下简称７１０８）是美国
Ｍｉｃｒｏｎａｓ公司于２００５年推出的一款高度集成了音／视频
流媒体编码的ＳｏＣ芯片，可实现实时的ＭＰＥＧ一４，
ＭＰＥＧ－２，ＭＰＥＧ－１，Ｈ．２６３和Ｍ—ＪＰＥＧ视频编码，此外，它
法亦是如此。为保证音视频信号的同步传输，需由ＭＩＰＳ
控制模块分别在音视频信号中加入时间戳，在客户端的
电脑缓冲区内，利用时间戳对两种数据进行重组，然后再
由播放器解码播放［３１。整个数据处理过程均由７１０８内含
的ＭＩＰＳ３２模块控制。
还具有一个可编程的音频编码组件，可提供杜比数字
（ＡＣ一３）和ＭＰＥＧ一１／２第一层和第二层格式的音频编码。
７１０８还提供了丰富的主机接口，包括ＨＰＩ，ＵＳＢ２．０和ＰＣＩ
接口，最高可支持３０ ｆ／ｓ（帧／秒）且分辨力达ｆｕ１１一Ｄ１
（７２０￣４８０）的全运动图像［２１。采用７１０８作为网络摄像机的
主处理芯片，结合其提供的接口，再选择相应的辅助芯片
网络摄像机的存储模块采用数据不易失的Ｆｌａｓｈ来
存储固化的引导程序、文件系统和ｕＩｍａｇｅ映像文件，后
者包括操作系统内核和应用程序两部分。先将引导程序
Ｎ０ １２ Ｖｏ１．３１ ２００７（Ｓｕｍ Ｎｏ．３０９）、ⅥＤ５ｏ聃帅鼐 昭
维普资讯
Ｅ 鲤塑蕉 厘 氯王羼…
的二进制文件通过ＪＴＡＧ接口烧写到Ｆｌａｓｈ中，然后利用
务的调度和通信，而网络摄像机本身的功能性任务则由
相关进程来完成，基于网络摄像机的应用特点，系统包括
嵌入式ＷＥＢ服务器进程ｈｔｔｐｄ，流媒体服务器进程
引导程序下的命令行操作，通过ｔｆｔｐ将ｕＩｍａｇｅ映像文件
烧写进去。结合程序的大小，在此选用了容量为８ Ｍｂｙｔｅ，
型号是Ｓ２９ＧＬ０６４Ｍ１０ＴＡＩＲ４０的Ｆｌａｓｈ芯片，其地址空间
分配如下：
ｓｐｏｏｋ，ｔｅｌｎｅｔ等，操作系统会在设备上电后自启动相应进
程。ＷＥＢ服务器用来允许远程用户通过浏览器进行访
问，可观看视频图像、控制云台及参数设置／７１；ｓｐｏｏｋ进程
包含３个子进程，即一个主控进程，一个视频流传输进程
１）Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ存储区：ＯｘＯＯＯＯＯ０００～ＯｘＯ００４００００，共
２５６ Ｋｂｙｔｅ，其中ＯｘＯ０００２０００～ＯｘＯ０００４０００，共８ Ｋｂｙｔｅ的
空间存储系统的环境变量；
２）ｕＩｍａｇｅ映像文件存储区：Ｏｘ
共６ Ｍｂｙｔｅ；
和一个监控进程，来监控其他两个子进程是否正常工作；
ｔｅｌｎｅｔ进程是为远程管理员保留的操作接口，通过ｔｅｌｎｅｔ
可连接至网络摄像机的ｓｈｅｌｌ操作平台。整个系统的软件
，共１．７５Ｍｂｙｔｅ，
流程图如图２所示。
３） 文件系统区：
存储的文件系统格式为ＪＦＦＳ２。
本系统的ＳＤＲＡＭ容量为１２８ Ｍｂｙｔｅ，由两块６４ Ｍｂｙｔｅ
的ＤＤＲ芯片构成。两芯片的功能不同，一片用于ＭＩＰＳ
处理器，将Ｆｌａｓｈ内的映像文件复制到ＳＤＲＡＭ中，并解
压运行操作系统和应用程序，实现系统的正常工作；而另
一
片ＳＤＲＡＭ专门存储音视频编码过程中产生的大量中
间数据。两芯片分工合作，能大幅度提高和优化整个系统
的性ｆｌ￣Ｅ４ｊ。
３ 网络摄像机的软件设计
３．１开发工具的选取
操作系统选用源码公开且被广泛应用的Ｌｉｎｕｘ２．６内
核。因为其增加了更多的多媒体应用功能，且都具有
Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ（简称Ｖ４Ｌ）的视频处理标准。标准定义
了一套接口，内核、驱动和应用程序均以这个接口为标准
进行交流。如今Ｖ４Ｌ标准已发展到第二版Ｖ４Ｌ２，增加了
很多新功能，并涵盖了几乎所有视、音频流捕捉及处理等
内容。文件系统ＪＦＦＳ２是一个Ｅｔ志结构的文件系统，包含
数据和数据节点在Ｆｌａｓｈ上的顺序存储。
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ代码是芯片复位后进入操作系统之前执
行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统启
动的过渡，从而为操作系统提供基本的运行环境。ｕ—ｂｏｏｔ
是当前较流行，功能较强大的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，可以支持多种
体系结构，本系统则成功移植了ｕ—ｂｏｏｔ １．２．０版本［５１。
３．２软件流程
系统上电后，首先从Ｆｌａｓｈ的零地址处开始执行
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，检查硬件信息并初始化，打开串行接口，向用
户输出系统启动信息。然后，判断进入ｕ—ｂｏｏｔ的何种模
式，若有按键按下，则进入其下载模式，用于从宿主机下
载文件、内核镜像等；若无，则进入正常的启动加载模式，
将ＦＬＡＳＨ内的内核镜像压缩包（包括操作系统、文件系
统等）复制到ＳＤＲＡＭ中，解压后开始启动内核，并将控
制权交给操作系统。至此，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的工作任务结束嘲。
操作系统Ｌｉｎｕｘ２．６获得控制权后，主要完成实时任
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电视技旅 ００７年第童 ２期（总第３０９
上电，
硬件初始化
启动内核，
控制权交给ＯＳ
进入 ｂｏｏｔ
下载模式
ＯＳ启动相关进程
视频编码、＼
参数设置 ］
复制内核映像至
是否正常？／ Ｉ
ＲＡＭ，并解压
］正 Ｙ
退出并重启ｌ
图２ 系统流程图
４ 系统测试
本系统使用Ｃ语言进行开发，并已在校园网里测
试。在ＩＥ浏览器里输入网络摄像机的ＩＰ地址，即可进入
ＷＥＢ观看和设置页面，如图３所示。通过网络分析软件，
测得在局域网中网络摄像机的最小响应时间为１ ｍｓ，最
大响应时间为７ ｍｓ，平均响应时间为１．７ ｍｓ，能够满足
实时性的要求。以帧频２５ ｆ／ｓ播放Ｄ１格式的图像，对于
运动图像，视频码率在８０～１００ Ｋｂｉｔ／ｓ左右，且无马赛克；
对于静止图像，码率最低在３０ Ｋｂｉｔ／ｓ左右。在实际应用
中，还可根据使用现场的网络环境和使用者的监控需求，
进行网络带宽的优化设置，保证视频图像的流畅性。
图３ 网络摄像机的ＷＥＢ观看页面
（下转第８９页）
维普资讯
５检测结果分析
利用本系统对某省级公路进行检测实验，线阵ＣＣＤ
成像系统放置在道路上方，检测范围为同方向３个车道
共１１．２５ ＩＴＩ。通过成像，得到线阵图像，如图５所示。图５
件，具有较高的成像质量；２）具有完善的成像控制系统，
采用专用的激光补光系统，保证系统的全天候工作，使成
像质量不受外界光线变化的影响；３）采用高速ＤＳＰ并
设计专用处理电路，运用多步分析计算并行处理来配合
高速的成像系统，提高了系统的处理能力和实时性，并保
中为一车辆通过检测断面而成的线阵图像，与普通的视
频图像相比，具有背景简单、目标突出等优点。
按照本文提出的算法进行背景估计，得到背景图像，
然后实时地将得到的图像数据与背景作差分运算。接着
对差分图像进行二值化处理，结果如图６所示。利用二值
化图像，对车辆进行分割，结果如图７所示。当车辆离开
时，计算出车辆的特征数据（如车辆的长宽），并将车辆进
行识别分类。
证了系统的精度；４）系统采用了基于小波变换的背景估
计，可实时更新背景数据；５）设计的车辆检测和测速算
法可快速实时地进行检测。
参考文献
［１］傅霆，易术，蒋贵川．长（特长）隧道视频检测系统分析ｌＪＪ．公路，
２００６ｆ６）：２０３—２０６．
［２］曹江中，戴青云，谭志标，等．基于视频的高速公路车辆检测和跟踪
算法『Ｊ１．计算机应用，２００６（２）：４９６—４９９．
［３］ＣＨＥＵＮＧ Ｓ Ｃ Ｓ，ＫＡＭＡＴＨ Ｃ．Ｒｏｂｕｓｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ
ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｔｒａｆｉｆｃ ｖｉｄｅｏ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｖｉｓｕａ＇ｌ Ｃｏｍ—
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ２００４．Ｓａｎ Ｊｏｓｅ：Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ＳＰＩＥ，
２００４：８８ｌ－８９２．
图５ 线阵图像序列 图６ 二值化图像 图７ 目标图像
［４］杨俊，王润生．智能化交通视频图像处理技术研究［Ｊ１．电视技术，
２００６（９）：７４－７７．
为了求得车速，需要对２个ＣＣＤ摄像机得到的车辆
图像进行匹配，以便确定是否为同一车辆，当确定是同一
车辆时，则可根据测速算法求得车速。
［５］ＧＵＰＴＥ Ｓ，ＭＡＳＯＵＤ Ｏ，ＭＡＲ＿ｒＪＮ Ｒ Ｆ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓ—
ｔｅｒｎｓ，２００２，３（１）：３７—４７．
Ｏ 小结
本文实现了一种基于线阵ＣＣＤ摄像机的交通信息
采集和检测系统。通过实验证明，该系统具有如下优点：
作者简介：
黄征（１９８３一），硕士生，主研图像处理及模式识别ｊ
宋焕生（１９６４－），博士，教授。主要研究方向为智能交通、图像处理、
模式识别。
责任编辑：许盈 收稿日期：２００７—１１—０８
１）采用高频、高分辨率的线阵ＣＣＤ摄像机作为成像部
电５乜Ｇ乜Ｇ乜Ｇ
（上接第８６页）
［ＥＢ／Ｏ Ｌ】．［２００５—９—８］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎａｓ．ｃｏｒｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ１．
５ 结语
采用７１０８芯片实现的音视频压缩编码系统，具有开
［３］方景帅，窦文华．基于ＭＰＥＧ４的网络摄像机的设计与实现ｌＪ】．计算
机应用，２ＯＨ０５，２５（２）：２—３．
［４１徐皓，刘峰．基于ＰＮＸ１３０３芯片的ＩＰ网络摄像机的设计ｌＪＪ．电视
技术，２００５（７）：３３—３４．
发周期短、图像质量好等特点。用户可根据对图像质量的
要求及网络环境的不同，选择不同的视频压缩方式和视
频占用网络带宽，并可使用标准浏览器登陆到ＷＥＢ服
［５］孙纪坤，张小全．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发技术详解——基于ＡＲＭ
［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００６．
［６］冷剑青，吴金勇，徐健健．嵌入式网络摄像机ｌＪ１．电子测量技术，
２０ｏ５ｆ６）：ｌ一２．
务器改变相应的参数。网络摄像机安装简单，可应用于零
售商店、财政银行机构、现代交通系统等。通过多种网络
［７］李鹏，潘玲娜，赵雪英．嵌入式ＷＥＢ服务器在网络摄像机中的应用
形式和辅助设备，如使用ＣＤＭＡ／ＥＤＧＥ路由器、ＰＰＰｏＥ自
动拨号上网、无线ＡＰ覆盖等，可使网络摄像机安装使用
更加便捷。
参考文献
［１］沈连丰，宋铁成，叶芝慧，等．嵌入式系统及其开发应用［Ｍ］．北京：
电子工业出版社，２００５．
［ＪＪ．辽宁大学学报，２００４，３１（２）：２—３．
作者简介：
李鑫（１９８３－），硕士生，主研嵌入式系统的开发和应用：
余震虹（１９６２－），副教授，研究方向为光纤通信和嵌入式系统：
高旭麟（１９８１－），硕士生，主研嵌入式系统：
张阳（１９８２－），硕士生，主研嵌入式系统。
盈 收稿日期：２００７－０９—１０ 责任编辑：许
［２］ＷＩＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｗｉｓｃｈｉｐ ７１０８／７１ １８ ＭＰＥＧ ｅｎｃｏｄｅｒ ｄａｔａｓｈｅｅｔ
Ｎ０．１２ Ｖｏ１．３１ ２００７（Ｓｕｍ Ｎｏ．３０９）、ⅥＤＥｏ Ｅ№脯丑柚№ ８９