隨著通信技術和網絡技術的迅猛發展，通過網絡遠程實時監控重要場所已倍受人們關注，網絡攝像機在此背景下產生，并成為人們關注的焦點。網絡攝像機是一種結合傳統攝像機與網絡技術所產生的新一代攝像機，它可以將影像通過網絡傳至地球另一端，且遠端的瀏覽者不需用任何專業軟件，只要標準的網絡瀏覽器（如"Microsoft IE或Netscape）即可監視其影像。網絡攝像機要將高清晰度的實時視頻信息通過互聯網傳送到監控終端，因其信息量巨大，所以必須壓縮。通常人們采用DSP與MPEG-4算法相結合的方案來實現，不僅編程工作量大，而且產品的成本高。本文所介紹的網絡攝像機采用專用的MPEG-4壓縮芯片、以嵌入式Linux作為操作系統，不僅開發便捷、成本低廉，而且實時性好，適用范圍廣。

　　2. 系統總體設計

　　系統總體設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。這兩部分工作是互相聯系的，需要交叉進行，系統設計是開發人員進行的工作，他們將系統設計階段得到的目標系統的邏輯模型轉換為目標系統的物理模型，該階段得到工作成果――系統設計說明書是下一個階段系統實施的工作依據。硬件設計模塊主要包括微控制器模塊、微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。微控制器誕生于20世紀70年代中期，經過20多年的發展，其成本越來越低，而性能越來越強大，這使其應用已經無處不在，遍及各個領域。例如電機控制、條碼閱讀器/掃描器、消費類電子、游戲設備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業控制與自動化和白色家電（洗衣機、微波爐）等。壓縮編碼模塊、網絡接口模塊和相機控制模塊四部分。微控制器模塊主要由主控芯片、DataFlash和SDRAM（1）組成。其中，主控芯片是整個控制系統的核心，它負責整個系統的調度工作。DataFlash里固化了嵌入式Linux內核、及其文件系統、應用軟件和系統配置文件。壓縮編碼模塊由視頻數據采集芯片、MPEG-4壓縮編碼芯片、SDRAM（2）組成，負責將視頻流轉化為MPEG-4碼流。網絡接口模塊主要是配合主控芯片傳送MPEG-4碼流。相機的控制模塊主要由串口芯片組成，其完成轉發控制相機命令的功能。當系統啟動時，微控制器通SPI（Serial Peripheral Interface,串行外設接口）將Linux內核轉入SDRAM（1）中，系統從SDRAM（1）中啟動。系統啟動后，微控制器通過HPI（Host Peripherial Interface, 主機接口）控制MPEG-4編碼模塊。統結構如圖1所示。

　　圖1 系統結構框圖

　　軟件設計部分主要包括嵌入式Linux移植、MPEG-4壓縮編碼模塊、CGI控制程序和MPEG-4解碼程序四部分。嵌入式Linux系統存放到由AT91RM9200控制的DataFlash里，它負責整個系統軟件的調度工作。MPEG-4壓縮編碼模塊主要負責模擬視頻流的采集，并將數字視頻流壓縮為MPEG-4數據流。CGI控制程序主要負責對攝像機的控制和對MPEG-4視頻流的相關設置。簡稱CGI.在物理上是一段程序，運行在服務器上，提供同客戶端 HTML頁面的接口。這樣說大概還不好理解。那么我們看一個實際例子： 現在的個人主頁上大部分都有一個留言本。留言本的工作是這樣的：先由用戶在客戶端輸入一些信息，如名字之類的東西。接著用戶按一下"留言"（到目前為止工作都在客戶端），瀏覽器把這些信息傳送到服務器的CGI目錄下特定的cgi程序中，于是cgi程序在服務器上按照預定的方法進行處理。在本例中就是把用戶提交的信息存入指定的文件中。然后cgi程序給客戶端發送一個信息，表示請求的任務已經結束。此時用戶在瀏覽器里將看到"留言結束"的字樣。整個過程結束。MPEG-4解碼程序主要負責對通過網絡得到的MPEG-4數據流的解碼工作。

　　3. 硬件設計

　　3.1微控制器模塊

　　微控制器是本系統的核心部件，選用的是ATMEL公司的AT91RM9200.它是一款基于ARM920T核的32位微控制器。其主頻為180MHz,處理速度快，功能強，性價比高，能很好滿足嵌入式Linux系統的需求。它在系統中的主要作用是在系統上電時配置其他芯片的功能寄存器，在正常工作狀態下調度控制整個系統工作，通過片內以太網控制器控制物理層芯片發送碼流。

　　AT91RM9200通過片內的SPI總線和SDRAM控制器實現對外圍DataFlash和SDRAM的控制，利用片內的USART實現對串口芯片的控制，通過片內的以太網控制器對片外網絡芯片進行控制。其控制原理圖如圖2所示。

　　圖2 控制原理圖

　　3.2壓縮編碼模塊

　　壓縮編碼模塊包括模擬視頻采集模塊和MPEG-4壓縮模塊。視頻采集芯片采用TI公司的TVP5150,數據壓縮芯片采用映佳公司的MPG440.TVP5150輸入端可是兩種混合視頻信號也可是S-Video端子的視頻信號，支持NTSC、PAL、SECAM等3種制式，其輸出的數據色彩格式可以為8bit 4:2:2數字信號或者8bit同步ITU-R BT.656數字信號。MPG440芯片具有符合工業標準的16b/32b的雙向主機接口，分別用來與視頻采集芯片和微控制器芯片通信。同時，具有移動偵測、防偽水印、動態調整IP畫格比率、動態調整圖像質量等特性，支持D1、VGA、CIF、QVGA、QCI等五種分辨率模式。微壓縮編碼模塊的硬件設計原理如圖3所示。

　　圖3 壓縮編碼電路

　　TVP5150的AI模擬輸入口與模擬攝像頭輸出端連接，向視頻處理芯片傳送模擬視頻信號。模擬信號經過采樣處理之后通過YOUT0~YOUT7引腳送到MPG440,采樣數據在PCLK的上升沿有效，MPG440的VIDEO_CLK在收到PCLK的上升沿時獲得YOUT的信號。TVP5150分場同步脈沖和行同步脈沖，分別對應其輸出端VSYNC、HSYNC.MPG440正是根據與之相連的VSYNC和HSYNC信號線來實現圖像的場同步和行同步操作。MPG440的視頻輸入數據線DATA_TV0~DATA_TV7與TVP5150的YOUT0~YOUT7相連。MPG440在接收數據的同時，將其得到的數據流傳送給MPEG-4壓縮編碼單元，編碼后的MPEG-4數據流暫存到SDRAM（2）中。MPG440片內PDMA控制器根據配置寄存器的設置準確發起對SDRAM（2）訪問，同時將得到的數據流輸送往HPI（主機總線接口，Host Peripherial Interface），以等待AT91RM9200通過DMA通道將數據發送到網絡。

　　MPG440通過HPI與AT91RM9200通信，AT91RM9200將MPG440的寄存器、存儲空間等資源作為其本身內存尋址訪問。MPG440由AT91RM9200選通線NCS4來選通，其在AT91RM9200尋址空間中的地址段為0X50000000到0X5FFFFFFF.通過對MPG440一系列寄存器的設置，可以訪問MPG440系統存儲空間。MPG440中斷信號RSC_INT0從通用I/O引腳的PB29輸入，當緩沖器填滿時，RSC_INT0引腳置低提示AT91RM9200通過DMA通道提取MPEG-4數據流。編碼后視頻數據讀取過程和MPG440與主機通信過程由AT91RM9200讀信號CFRD和寫信號CFWE控制。