基于ML86500的网络摄像机方案设计

近年来，随着数字图像处理技术、多媒体技术、嵌入式系统软硬件技术的高速发展以及宽带网络的不断普及，视频监控已逐渐走近了人们的生活。与传统的模拟监控相比，IP视频监控克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，数字视频利用现有的计算机互联网络，无须重复布线，安装方便灵活；最后，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可直接存储，查询简便快捷。

目前，网络摄像机方案多数采用了CPU+DSP的组合，CPU完成控制、通讯等功能，而DSP则主要完成音频、视频信号的编码处理，但此类方案一般成本较高。本文设计的基于ML86500的网络摄像机方案具有高压缩率、低带宽占用、高图像质量以及低成本等优势。

2 系统硬件设计

2.1 硬件总体方案

网络摄像机硬件总体方案如图1所示。

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网络摄像机的基本原理为：CCD传感器将光线转变成电荷，并输出CVBS模拟视频信号给视频解码芯片(TW9910)；视频解码芯片将CVBS模拟视频信号模数转换(A／D)成YUV 4：2：2格式的数字信号，并输出给视频编码芯片——ML86500；ML86500对视频信息进行编码压缩处理，生成MPEG4数据流；MPEG4数据流经RTP协议封装经过网络发送到远程客户机(PC)，远程客户机解码还原视频信息进行播放。

2.2 MPEG4实时编码器电路

ML86500是OKI公司开发的实时MPEG4图像压缩(编码)处理单芯片产品，该芯片灵活运用了OKI独创算法及专用加速器，低成本实现了高画质，其设计目标就是面向监视摄像机、网络摄像机等图像监控设备。因此本网络摄像机方案中的视频编码芯片选用ML86500。

ML86500内部的原理见图2。

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ML86500主要技术指标：

视频编码方式：MPEG4 SP／ASP；

支持的视频方式：NTSC@29.97 f／s，PAL@25 f／s，VGA，QVGA；

数据格式：亮度信号8 b、色度信号8 b(4：2：2)；

支持隔行扫描视频(NTSC／PAL)；

变换输入帧率；

码流编码模式：CBR／VBR；

外部SDRAM接口；

通用8／16位主机CPU接口；

电源电压：3.3 V±0.3 V(IO)，1.5 V±0.15 V(CORE，PLL)；

封装：144管脚塑料LQFP。

ML86500的实时编码器电路参见图3。

ML86500的内棱使用1.5 V电源供电，PLL电路亦使用1.5 V电源供电，考虑到PLL电路可能会干扰内核电路，因此PLL电路通过一个π型低通滤波器供电，消除高频于扰。

ML86500使用27 MHz有源晶振作为时钟，考虑到防止27 MHz有源晶振对系统电源产生干扰，为27 MHz有源晶振的电源供电设计了π型低通滤波器。

ML86500需要外接一块32 b数据总线宽度的SDRAM作为数据缓存。

3 系统软件设计

3.1 软件总体方案

软件总体方案参见图4。

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在本软件总体设计方案中，采用了分层模块化设计，各层之间是一种弱耦合关系，这样各功能模块独立，便于开发和维护，该系统具有良好的移植性。RTOS操作系统与应用程序之间增加Free OS API层，减少了操作系统变更时软件移植的工作量。

TCP／IP协议栈为双协议栈，不仅支持现有的IPv4协议，而且能够支持下一代的互联网协议IPv6；提供HTTP Server功能，用户可能通过IE访问IP-Camera，进行媒体播放、查看和设置参数；提供FTP功能，便于用户传输文件，进行程序升级；提供SNTP功能，保证IP-Camera的时间能与标准时间服务器同步；提供DDNS功能，能够让用户通过动态域名方式访问IP-Camera；提供SIP功能，使得IP-Camera能够与SIP电话通信，使得视频监控更加便捷灵活；媒体数据传输采用RTP协议，保证图像的实时性；文件系统支持FAT16和FAT32格式。

3.2 MPEG4编码开始及停止流程

MPEG4编码开始的主要作用是按照设定的参数初始化视频解码芯片、视频编码芯片，开始视频编码，同时创建MPEG4 TASK，用于读取视频数据流，发送数据。

MPEG4编码停止的主要作用是停止视频解码芯片、视频编码芯片工作，停止MPEG4 TASK。MPEG4编码开始及停止流程图如图5所示。

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MPEG4 TASK主要用于读取视频数据流，发送数据，其主要流程图如图6所示。MPEG4 TASK运行后，将等待信号量，将自己挂起。当ML86500产生一帧数据时，会产生中断，在中断服务程序中会发送信号给MPEG4 TASK，MPEG4 TASK重新运行，并且读取MPEG4视频数据流，然后使用RTP协议通过网络发送数据给客户端(PC)。

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4 结 语

本方案已经过实际测试，能够支持PAL／NTSC制式的视频信号输入，支持D1(N制720*480／P制720*576)、VGA(640*480)、QVGA(320*240)等多种分辨率输出，网络传输带宽支持20 kb／s～6 Mb／s，低成本实现了高画质，并且图像实时性好，可广泛应用于仓库、商场、交通、家庭等多种视频监控场合，非常具有市场竞争力。