專利名稱：高清cmos監(jiān)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高清互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)監(jiān)控設(shè)備。
背景技術(shù)：
視頻監(jiān)控設(shè)備的圖像采集端的感光芯片，分為兩類，電荷藕合器件(Charge Coupled Device, (XD)感光芯片和CMOS感光芯片。CXD感光芯片的特點為靈敏度高，噪音小，信噪比大，圖像質(zhì)量好，但CCD生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，功耗高；而CMOS感光芯片的特點為集成度高、功耗低(不到CCD感光芯片的1/3)、成本低，但噪音比較大，靈敏度低，圖像質(zhì)量差。目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域，為獲得較好的圖像質(zhì)量，以低分辨率的CCD攝像頭為主流，但由于成本的原因，導(dǎo)致大分辨率的CCD感光芯片無法在視頻監(jiān)控領(lǐng)域大范圍推廣，限制了視頻監(jiān)控向高清化的發(fā)展。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何在不降低監(jiān)控設(shè)備的圖像質(zhì)量的前提下， 降低監(jiān)控設(shè)備的成本及功耗。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，包括相互連接的CMOS圖像采集模塊和視頻處理模塊，所述CMOS圖像采集模塊，用于采集圖像數(shù)據(jù)，并將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至所述視頻處理模塊；所述視頻處理模塊，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。其中，所述視頻處理模塊包括通信子模塊、預(yù)處理子模塊和格式轉(zhuǎn)換子模塊，所述通信子模塊，用于與所述CMOS圖像采集模塊進行通信；所述預(yù)處理子模塊，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；所述格式轉(zhuǎn)換子模塊，用于對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。其中，所述預(yù)處理包括自動白平衡、自動曝光和濾波。其中，所述視頻處理模塊還包括壓縮子模塊，用于將格式轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。其中，所述視頻處理模塊還包括壓縮格式選擇子模塊，用于選擇所述壓縮子模塊所進行壓縮的壓縮格式。其中，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括通信模塊，用于將經(jīng)所述視頻處理模塊進行處理后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端，并接收來自接收端的控制命令。其中，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，用于將經(jīng)所述視頻處理模塊進行處理后的圖像數(shù)據(jù)進行存儲。其中，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括分辨率選擇模塊，用于選擇所述CMOS圖像采集模塊所采集的圖像數(shù)據(jù)的分辨率。(三)有益效果本實用新型通過對CMOS圖像采集模塊所采集的圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提高了圖像質(zhì)量，實現(xiàn)了在不降低監(jiān)控設(shè)備的圖像質(zhì)量的前提下，降低監(jiān)控設(shè)備的成本及功耗。

圖1是按照本實用新型一種實施方式的結(jié)構(gòu)框圖。其中，1 =CMOS圖像采集模塊；2 視頻處理模塊；3 通信模塊；4 數(shù)據(jù)存儲模塊；5 分辨率選擇模塊；2-1 通信子模塊；2-2 預(yù)處理子模塊；2-3 格式轉(zhuǎn)換子模塊；2-4 壓縮子模塊，2-5 壓縮格式選擇子模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。圖1是按照本實用新型一種實施方式的結(jié)構(gòu)框圖，包括相互連接的CMOS圖像采集模塊和視頻處理模塊，所述CMOS圖像采集模塊1，用于采集圖像數(shù)據(jù)，并將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至所述視頻處理模塊2，本實施方式中所述CMOS圖像采集模塊1采用高清CMOS圖像傳感器MT9P031， 該傳感器滿陣列時可輸出259^1944(517萬像素)的高清圖片，并輸出Bayer格式的圖像數(shù)據(jù)。所述視頻處理模塊2，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行自動白平衡、自動曝光和濾波， 并對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。本實施方式應(yīng)用美國德州儀器公司生產(chǎn)的 TMS320DM365處理器(以下簡稱DM365)，DM365采用高度集成可編程平臺，適用于低成本視頻應(yīng)用，DM365處理器采用ARM^6EJ-S核，ARM926EJ-S是一個32位的處理器核，提供 270MHz或300MHz的時鐘速率，并采用了兩級流水線技術(shù)，ARM^6EJ_S負責Linux操作系統(tǒng)的運行，管理外圍接口的工作。本實施方式中所述視頻處理模塊2為DM365處理器的內(nèi)部包括的視頻處理子系統(tǒng)(Video Processing Subsystem，VPSS)，所述視頻處理模塊2包括 通信子模塊2-1、預(yù)處理子模塊2-2和格式轉(zhuǎn)換子模塊2-3，所述通信子模塊2-1，用于與所述CMOS圖像采集模塊1進行通信，本實施方式中所述通信子模塊2-1為VPSS上的圖像傳感器接口(Image Sensor hterface，ISIF)，用于提供與CMOS圖像傳感器MT9P031的通信接口，接收圖像數(shù)據(jù)；所述預(yù)處理子模塊2-2，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行自動白平衡、自動曝光和濾波， 本實施方式中所述預(yù)處理子模塊2-2為VPSS上的硬件3A數(shù)據(jù)采集模塊(Hardware 3A statistics collection module, H3A)，用于通過收集分析圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息以實現(xiàn)自動白平衡、自動曝光和濾波；所述格式轉(zhuǎn)換子模塊2-3，用于對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，本實施方式中所述格式轉(zhuǎn)換子模塊2-3為VPSS上的圖像管道(Image Pipe, IPIPE)，用于將Bayer格式的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為YUV420格式，并存入內(nèi)存中。所述視頻處理模塊2還包括壓縮子模塊2-4，用于將格式轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，本實施方式中壓縮子模塊2-4為DM365內(nèi)部集成的H. 264高清編解碼協(xié)處理器(HD Video Imaging Co-Processor, HDVICP)和 MPEG4-JPEG 協(xié)處理器(MPEG JPEG Co-Processor, MJCP)，實現(xiàn)數(shù)字圖像的H. 264/MPEG4/JPEG硬件壓縮編碼。所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括通信模塊3，用于通過RJ45接口或RS485將經(jīng)所述視頻處理模塊2進行處理后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端，并接收來自接收端的控制命令， 所述接收端可以為上位機或具有設(shè)置功能(所述設(shè)置功能指可發(fā)送控制命令)的顯示裝置，所述控制命令用于設(shè)置日期或IP地址等。所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括數(shù)據(jù)存儲模塊4，用于將經(jīng)所述視頻處理模塊2 進行處理后的圖像數(shù)據(jù)進行存儲，本實施方式中，所述數(shù)據(jù)存儲模塊4為SD卡。所述視頻處理模塊2還包括壓縮格式選擇子模塊2-5，用于選擇所述壓縮子模塊 2-4所進行壓縮的壓縮格式，本實施方式中，可通過所述通信模塊3接收到的控制命令來設(shè)置壓縮格式。所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括分辨率選擇模塊5，用于選擇所述CMOS圖像采集模塊1所采集的圖像數(shù)據(jù)的分辨率，本實施方式中，可通過所述通信模塊3接收到的控制命令來設(shè)置分辨率。本實施方式的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備的軟件部分是基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)開發(fā)和運行的。嵌入式Linux操作系統(tǒng)是和Unix相似、以核心為基礎(chǔ)的、完全內(nèi)存保護、多任務(wù)多進程的操作系統(tǒng)，可針對不同的應(yīng)用需求，對Linux內(nèi)核進行裁剪修改使之能在嵌入式處理器上運行的一種操作系統(tǒng)，它開放源碼，內(nèi)核小、效率高，適用于多種CPU和硬件平臺， 性能穩(wěn)定，可移植性好，非常適合作為嵌入式設(shè)備的軟件平臺。本系統(tǒng)軟件部分分為內(nèi)核部分開發(fā)以及應(yīng)用程序部分開發(fā)。在Linux內(nèi)核代碼中，驅(qū)動程序代碼占很大比例，驅(qū)動程序負責對硬件進行初始化和控制，是連接應(yīng)用程序和硬件的橋梁。應(yīng)用程序可通過操作系統(tǒng)API接口調(diào)用Linux內(nèi)核中的驅(qū)動程序，從而實現(xiàn)對硬件設(shè)備的初始化或控制。因此，針對具體的硬件開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動程序是嵌入式Linux 系統(tǒng)開發(fā)的重要工作之一。數(shù)字圖像采集端驅(qū)動設(shè)計基于Video For Linux Two (以下簡稱V4L2)架構(gòu)，V4L2 是Linux下專為音視頻輸入輸出設(shè)備驅(qū)動設(shè)計的一套內(nèi)核API接口規(guī)范，數(shù)字圖像采集端驅(qū)動設(shè)計開發(fā)遵循V4L2的接口規(guī)范，以增加程序的可擴展性和可移植性，驅(qū)動程序由視頻處理模塊(VPSQ驅(qū)動程序、MT9P031驅(qū)動程序、ISIF驅(qū)動三部分組成。MT9P031、ISIF驅(qū)動程序是底層，直接控制硬件芯片MT9P031和DM365 ISIF的程序，有硬件初始化的代碼，并提供了配置接口，可配置芯片內(nèi)部的寄存器。VPSS驅(qū)動程序提供了設(shè)備文件操作函數(shù)接口，和 MT9P031、ISIF驅(qū)動程序共同完成對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的采集的支持。應(yīng)用V4L2 API進行視頻采集的流程如下(a)打開視頻設(shè)備(b)更改設(shè)備當前配置，包括選擇一個輸入源、設(shè)置視頻輸入制式、設(shè)置圖像大小寸。(c) ^1JM mmap (map device memory into application address space) Tj取數(shù)據(jù)。該方式將內(nèi)核空間的設(shè)備內(nèi)存地址空間映射到用戶空間的地址空間方式獲取數(shù)。 mmap系統(tǒng)調(diào)用使普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以像訪問普通內(nèi)存一樣對文件進行訪問，不必再調(diào)用read()、Write()等操作，從而大大提高了圖像數(shù)據(jù)的讀取速度。(d)對采集的數(shù)據(jù)進行處理。(e)關(guān)閉視頻設(shè)備。主程序首先完成消息隊列、共享內(nèi)存的初始化工作，然后啟動網(wǎng)絡(luò)線程，啟動圖像采集壓縮進程，啟動搜索發(fā)送圖片進程，啟動流媒體傳輸進程。網(wǎng)絡(luò)線程負責接收網(wǎng)絡(luò)上用戶所發(fā)送的命令，根據(jù)命令進行相應(yīng)的操作，各進程之間通過消息隊列進行通信，通過共享內(nèi)存完成圖像信息的共享。圖像采集壓縮進程主要完成視頻圖片的采集壓縮，同時具有自動調(diào)整曝光時間、 白平衡、濾波參數(shù)的功能，以得到更佳的圖像質(zhì)量。包括原始圖像采集線程，圖像壓縮線程， 自動白平衡自動曝光調(diào)整線程，控制線程。原始圖像采集線程打開視頻設(shè)備驅(qū)動，采集一幀BAYER格式數(shù)據(jù)，然后通過IPIPE將BAYER格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為YUV420格式的圖像數(shù)據(jù)，最后將轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)放入緩存。圖像壓縮線程從緩存中提取一幀數(shù)據(jù)根據(jù)用戶選擇進行 H. 264/MPEG4/JPEG格式的壓縮編碼，然后將壓縮好的數(shù)據(jù)放入緩存，等待其他進程調(diào)用。 自動白平衡自動曝光調(diào)整線程實時的分析采集的每幀BAYER格式圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)圖片的色彩，以及亮度，動態(tài)配置圖像采集設(shè)備，從而得到更佳的圖像質(zhì)量?？刂凭€程負責和其他進程通信，實現(xiàn)對圖像采集壓縮進程的控制。搜索發(fā)送圖片進程搜索設(shè)備中用戶根據(jù)需要拍攝的圖片，并可通過FTP方式發(fā)送到FTP服務(wù)器。由于設(shè)備中圖片都存儲在SD卡中，用戶還可直接從SD卡中獲取所需圖片。流媒體傳輸進程提供視頻的流媒體傳輸功能，用戶可在電腦上通過支持流媒體傳輸?shù)牟シ牌髟诰€觀看監(jiān)控現(xiàn)場的視頻。所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備的工作原理為設(shè)備上電后，首先由Wxx)t引導(dǎo)Linux操作系統(tǒng)啟動，完成內(nèi)核的啟動和文件系統(tǒng)的掛載，系統(tǒng)啟動之后，啟動主程序，主程序完成初始化工作之后，啟動網(wǎng)絡(luò)線程，可以隨時接收用戶從網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的命令，如修改設(shè)備IP 地址，修改系統(tǒng)時間等等，之后啟動采集壓縮進程，進行實時的圖像采集，壓縮。用戶可根據(jù)需求進行視頻或圖片的分辨率選擇，或壓縮格式的選擇，從而得到所需格式的視頻流或圖片。之后，啟動搜索圖片進程，此進程負責將用戶拍攝的圖片通過FTP的方式傳送到FTP服務(wù)器。之后，啟動流媒體傳輸進程，用戶可通過支持流媒體協(xié)議的視頻播放器，觀看實時的視頻。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，包括相互連接的CMOS圖像采集模塊(1)和視頻處理模塊(2)，所述CMOS圖像采集模塊(1)，用于采集圖像數(shù)據(jù)，并將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至所述視頻處理模塊⑵；所述視頻處理模塊O)，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述視頻處理模塊(2)包括 通信子模塊0-1)、預(yù)處理子模塊(2- 和格式轉(zhuǎn)換子模塊0-3)，所述通信子模塊0-1)，用于與所述CMOS圖像采集模塊(1)進行通信；所述預(yù)處理子模塊0-2)，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；所述格式轉(zhuǎn)換子模塊0-3)，用于對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)處理包括自動白平衡、自動曝光和濾波。
4.如權(quán)利要求2所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述視頻處理模塊(2)還包括壓縮子模塊0-4)，用于將格式轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。
5.如權(quán)利要求4所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述視頻處理模塊(2)還包括壓縮格式選擇子模塊0-5)，用于選擇所述壓縮子模塊(2-4)所進行壓縮的壓縮格式。
6.如權(quán)利要求1、2或4所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括通信模塊(3)，用于將經(jīng)所述視頻處理模塊( 進行處理后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端，并接收來自接收端的控制命令。
7.如權(quán)利要求1、2或4所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括數(shù)據(jù)存儲模塊G)，用于將經(jīng)所述視頻處理模塊( 進行處理后的圖像數(shù)據(jù)進行存儲。
8.如權(quán)利要求1、2或4所述的高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述高清CMOS監(jiān)控設(shè)備還包括分辨率選擇模塊(5)，用于選擇所述CMOS圖像采集模塊(1)所采集的圖像數(shù)據(jù)的分辨率。
專利摘要本實用新型涉及電子嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高清CMOS監(jiān)控設(shè)備，包括相互連接的CMOS圖像采集模塊(1)和視頻處理模塊(2)，所述CMOS圖像采集模塊(1)，用于采集圖像數(shù)據(jù)，并將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至所述視頻處理模塊(2)；所述視頻處理模塊(2)，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。本實用新型通過對CMOS圖像采集模塊所采集的圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提高了圖像質(zhì)量，實現(xiàn)了在不降低監(jiān)控設(shè)備的圖像質(zhì)量的前提下，降低監(jiān)控設(shè)備的成本及功耗。
文檔編號H04N5/225GK202004899SQ20112008427
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者王冬, 王庫 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學