CN202004899U - 高清cmos监控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子嵌入式技术领域，特别涉及一种高清CMOS监控设备，包括：相互连接的CMOS图像采集模块(1)和视频处理模块(2)，所述CMOS图像采集模块(1)，用于采集图像数据，并将所述图像数据发送至所述视频处理模块(2)；所述视频处理模块(2)，用于对所述图像数据进行预处理，并对预处理后的图像数据进行格式转换。本实用新型通过对CMOS图像采集模块所采集的图像数据进行预处理，提高了图像质量，实现了在不降低监控设备的图像质量的前提下，降低监控设备的成本及功耗。

Description

高清CMOS监控设备

技术领域

本实用新型涉及电子嵌入式技术领域，特别涉及一种高清互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)监控设备。

背景技术

视频监控设备的图像采集端的感光芯片，分为两类，电荷藕合器件(Charge Coupled Device，CCD)感光芯片和CMOS感光芯片。CCD感光芯片的特点为灵敏度高，噪音小，信噪比大，图像质量好，但CCD生产工艺复杂，成本高，功耗高；而CMOS感光芯片的特点为集成度高、功耗低(不到CCD感光芯片的1/3)、成本低，但噪音比较大，灵敏度低，图像质量差。目前视频监控领域，为获得较好的图像质量，以低分辨率的CCD摄像头为主流，但由于成本的原因，导致大分辨率的CCD感光芯片无法在视频监控领域大范围推广，限制了视频监控向高清化的发展。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：如何在不降低监控设备的图像质量的前提下，降低监控设备的成本及功耗。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高清CMOS监控设备，包括：相互连接的CMOS图像采集模块和视频处理模块，

所述CMOS图像采集模块，用于采集图像数据，并将所述图像数据发送至所述视频处理模块；

所述视频处理模块，用于对所述图像数据进行预处理，并对预处理后的图像数据进行格式转换。

其中，所述视频处理模块包括：通信子模块、预处理子模块和格式转换子模块，

所述通信子模块，用于与所述CMOS图像采集模块进行通信；

所述预处理子模块，用于对所述图像数据进行预处理；

所述格式转换子模块，用于对预处理后的图像数据进行格式转换。

其中，所述预处理包括：自动白平衡、自动曝光和滤波。

其中，所述视频处理模块还包括：压缩子模块，用于将格式转换后的图像数据进行压缩。

其中，所述视频处理模块还包括：压缩格式选择子模块，用于选择所述压缩子模块所进行压缩的压缩格式。

其中，所述高清CMOS监控设备还包括：通信模块，用于将经所述视频处理模块进行处理后的图像数据发送至接收端，并接收来自接收端的控制命令。

其中，所述高清CMOS监控设备还包括：数据存储模块，用于将经所述视频处理模块进行处理后的图像数据进行存储。

其中，所述高清CMOS监控设备还包括：分辨率选择模块，用于选择所述CMOS图像采集模块所采集的图像数据的分辨率。

(三)有益效果

本实用新型通过对CMOS图像采集模块所采集的图像数据进行预处理，提高了图像质量，实现了在不降低监控设备的图像质量的前提下，降低监控设备的成本及功耗。

附图说明

图1是按照本实用新型一种实施方式的结构框图。

其中，1：CMOS图像采集模块；2：视频处理模块；3：通信模块；4：数据存储模块；5：分辨率选择模块；2-1：通信子模块；2-2：预处理子模块；2-3：格式转换子模块；2-4：压缩子模块，2-5：压缩格式选择子模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1是按照本实用新型一种实施方式的结构框图，包括：相互连接的CMOS图像采集模块和视频处理模块，

所述CMOS图像采集模块1，用于采集图像数据，并将所述图像数据发送至所述视频处理模块2，本实施方式中所述CMOS图像采集模块1采用高清CMOS图像传感器MT9P031，该传感器满阵列时可输出2592x1944(517万像素)的高清图片，并输出Bayer格式的图像数据。

所述视频处理模块2，用于对所述图像数据进行自动白平衡、自动曝光和滤波，并对预处理后的图像数据进行格式转换。本实施方式应用美国德州仪器公司生产的TMS320DM365处理器(以下简称DM365)，DM365采用高度集成可编程平台，适用于低成本视频应用，DM365处理器采用ARM926EJ-S核，ARM926EJ-S是一个32位的处理器核，提供270MHz或300MHz的时钟速率，并采用了两级流水线技术，ARM926EJ-S负责Linux操作系统的运行，管理外围接口的工作。本实施方式中所述视频处理模块2为DM365处理器的内部包括的视频处理子系统(Video Processing Subsystem，VPSS)，所述视频处理模块2包括：通信子模块2-1、预处理子模块2-2和格式转换子模块2-3，

所述通信子模块2-1，用于与所述CMOS图像采集模块1进行通信，本实施方式中所述通信子模块2-1为VPSS上的图像传感器接口(Image Sensor Interface，ISIF)，用于提供与CMOS图像传感器MT9P031的通信接口，接收图像数据；

所述预处理子模块2-2，用于对所述图像数据进行自动白平衡、自动曝光和滤波，本实施方式中所述预处理子模块2-2为VPSS上的硬件3A数据采集模块(Hardware 3A statistics collection module，H3A)，用于通过收集分析图像数据的统计信息以实现自动白平衡、自动曝光和滤波；

所述格式转换子模块2-3，用于对预处理后的图像数据进行格式转换，本实施方式中所述格式转换子模块2-3为VPSS上的图像管道(Image Pipe，IPIPE)，用于将Bayer格式的图像数据转换为YUV420格式，并存入内存中。

所述视频处理模块2还包括：压缩子模块2-4，用于将格式转换后的图像数据进行压缩，本实施方式中压缩子模块2-4为DM365内部集成的H.264高清编解码协处理器(HD Video Imaging Co-Processor，HDVICP)和MPEG4-JPEG协处理器(MPEG JPEG Co-Processor，MJCP)，实现数字图像的H.264/MPEG4/JPEG硬件压缩编码。

所述高清CMOS监控设备还包括：通信模块3，用于通过RJ45接口或RS485将经所述视频处理模块2进行处理后的图像数据发送至接收端，并接收来自接收端的控制命令，所述接收端可以为上位机或具有设置功能(所述设置功能指可发送控制命令)的显示装置，所述控制命令用于设置日期或IP地址等。

所述高清CMOS监控设备还包括：数据存储模块4，用于将经所述视频处理模块2进行处理后的图像数据进行存储，本实施方式中，所述数据存储模块4为SD卡。

所述视频处理模块2还包括：压缩格式选择子模块2-5，用于选择所述压缩子模块2-4所进行压缩的压缩格式，本实施方式中，可通过所述通信模块3接收到的控制命令来设置压缩格式。

所述高清CMOS监控设备还包括：分辨率选择模块5，用于选择所述CMOS图像采集模块1所采集的图像数据的分辨率，本实施方式中，可通过所述通信模块3接收到的控制命令来设置分辨率。

本实施方式的高清CMOS监控设备的软件部分是基于嵌入式Linux操作系统开发和运行的。嵌入式Linux操作系统是和Unix相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统，可针对不同的应用需求，对Linux内核进行裁剪修改使之能在嵌入式处理器上运行的一种操作系统，它开放源码，内核小、效率高，适用于多种CPU和硬件平台，性能稳定，可移植性好，非常适合作为嵌入式设备的软件平台。

本系统软件部分分为内核部分开发以及应用程序部分开发。在Linux内核代码中，驱动程序代码占很大比例，驱动程序负责对硬件进行初始化和控制，是连接应用程序和硬件的桥梁。应用程序可通过操作系统API接口调用Linux内核中的驱动程序，从而实现对硬件设备的初始化或控制。因此，针对具体的硬件开发相应的驱动程序是嵌入式Linux系统开发的重要工作之一。

数字图像采集端驱动设计基于Video For Linux Two(以下简称V4L2)架构，V4L2是Linux下专为音视频输入输出设备驱动设计的一套内核API接口规范，数字图像采集端驱动设计开发遵循V4L2的接口规范，以增加程序的可扩展性和可移植性，驱动程序由视频处理模块(VPSS)驱动程序、MT9P031驱动程序、ISIF驱动三部分组成。MT9P031、ISIF驱动程序是底层，直接控制硬件芯片MT9P031和DM365 ISIF的程序，有硬件初始化的代码，并提供了配置接口，可配置芯片内部的寄存器。VPSS驱动程序提供了设备文件操作函数接口，和MT9P031、ISIF驱动程序共同完成对数字图像数据的采集的支持。应用V4L2 API进行视频采集的流程如下：

(a)打开视频设备

(b)更改设备当前配置，包括选择一个输入源、设置视频输入制式、设置图像大小等。

(c)利用mmap(map device memory into application address space)方式获取数据。该方式将内核空间的设备内存地址空间映射到用户空间的地址空间方式获取数。mmap系统调用使普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()、write()等操作，从而大大提高了图像数据的读取速度。

(d)对采集的数据进行处理。

(e)关闭视频设备。

主程序首先完成消息队列、共享内存的初始化工作，然后启动网络线程，启动图像采集压缩进程，启动搜索发送图片进程，启动流媒体传输进程。网络线程负责接收网络上用户所发送的命令，根据命令进行相应的操作，各进程之间通过消息队列进行通信，通过共享内存完成图像信息的共享。

图像采集压缩进程主要完成视频图片的采集压缩，同时具有自动调整曝光时间、白平衡、滤波参数的功能，以得到更佳的图像质量。包括原始图像采集线程，图像压缩线程，自动白平衡自动曝光调整线程，控制线程。原始图像采集线程打开视频设备驱动，采集一帧BAYER格式数据，然后通过IPIPE将BAYER格式数据转换为YUV420格式的图像数据，最后将转换后的图像数据放入缓存。图像压缩线程从缓存中提取一帧数据根据用户选择进行H.264/MPEG4/JPEG格式的压缩编码，然后将压缩好的数据放入缓存，等待其他进程调用。自动白平衡自动曝光调整线程实时的分析采集的每帧BAYER格式图像数据，根据图片的色彩，以及亮度，动态配置图像采集设备，从而得到更佳的图像质量。控制线程负责和其他进程通信，实现对图像采集压缩进程的控制。

搜索发送图片进程搜索设备中用户根据需要拍摄的图片，并可通过FTP方式发送到FTP服务器。由于设备中图片都存储在SD卡中，用户还可直接从SD卡中获取所需图片。

流媒体传输进程提供视频的流媒体传输功能，用户可在电脑上通过支持流媒体传输的播放器在线观看监控现场的视频。

所述高清CMOS监控设备的工作原理为：设备上电后，首先由Uboot引导Linux操作系统启动，完成内核的启动和文件系统的挂载，系统启动之后，启动主程序，主程序完成初始化工作之后，启动网络线程，可以随时接收用户从网络上发送的命令，如修改设备IP地址，修改系统时间等等，之后启动采集压缩进程，进行实时的图像采集，压缩。用户可根据需求进行视频或图片的分辨率选择，或压缩格式的选择，从而得到所需格式的视频流或图片。之后，启动搜索图片进程，此进程负责将用户拍摄的图片通过FTP的方式传送到FTP服务器。之后，启动流媒体传输进程，用户可通过支持流媒体协议的视频播放器，观看实时的视频。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种高清CMOS监控设备，其特征在于，包括：相互连接的CMOS图像采集模块(1)和视频处理模块(2)，

所述CMOS图像采集模块(1)，用于采集图像数据，并将所述图像数据发送至所述视频处理模块(2)；

所述视频处理模块(2)，用于对所述图像数据进行预处理，并对预处理后的图像数据进行格式转换。

2.如权利要求1所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述视频处理模块(2)包括：通信子模块(2-1)、预处理子模块(2-2)和格式转换子模块(2-3)，

所述通信子模块(2-1)，用于与所述CMOS图像采集模块(1)进行通信；

所述预处理子模块(2-2)，用于对所述图像数据进行预处理；

所述格式转换子模块(2-3)，用于对预处理后的图像数据进行格式转换。

3.如权利要求1或2所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述预处理包括：自动白平衡、自动曝光和滤波。

4.如权利要求2所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述视频处理模块(2)还包括：压缩子模块(2-4)，用于将格式转换后的图像数据进行压缩。

5.如权利要求4所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述视频处理模块(2)还包括：压缩格式选择子模块(2-5)，用于选择所述压缩子模块(2-4)所进行压缩的压缩格式。

6.如权利要求1、2或4所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述高清CMOS监控设备还包括：通信模块(3)，用于将经所述视频处理模块(2)进行处理后的图像数据发送至接收端，并接收来自接收端的控制命令。

7.如权利要求1、2或4所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述高清CMOS监控设备还包括：数据存储模块(4)，用于将经所述视频处理模块(2)进行处理后的图像数据进行存储。

8.如权利要求1、2或4所述的高清CMOS监控设备，其特征在于，所述高清CMOS监控设备还包括：分辨率选择模块(5)，用于选择所述CMOS图像采集模块(1)所采集的图像数据的分辨率。

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