输电线路智能视频监控嵌入式平台软件框架设计
摘要：将视频监控应用于输电线路防止外力破坏的工作中，是一个新的应用。介绍了输电线路视频监控系统嵌入式平台的软件框架，详细给出了各个部分的设计方案，并通过实验验证了设计的有效性。
关键词：输电线路；智能监控；嵌入式；软件框架
作者简介：唐洪良（1980-），男，江苏徐州人，浙江省杭州余杭供电局，工程师；孙磊（1983-），男，山东聊城人，浙江省杭州余杭供电局，助理工程师。（浙江?杭州?311106）
中图分类号：TM726?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0141-03
随着本地经济的繁荣发展，工业与民用建筑、市政设施与建设在空间上不可避免地与输电线路发生接触，近年来通道隐患突出，外力破坏事件频繁发生，严重影响杭州余杭供电局的供电可靠性和电网的安全稳定。传统的线路通道危险点监管主要是“人防”为主，在当前输电线路里程不断增加、网架日益复杂、线路运行管理部门人员紧张、运维工作繁重的矛盾面前，采用提高通道巡视频率或人员现场蹲守已经困难重重，即便采用无线视频监控，人员也难以做到实时查看监视影像，加之没有预警告警机制，仍然无法有效解决防外破问题。
鉴于以上视频监控方案存在的不足，采用基于计算机视觉技术的智能视频监控，替代人员工作对输电线路本体及通道进行监控预警。该智能监控前端采用嵌入式软硬件系统，本文对涉及的软件框架进行了研究设计，经实际系统应用测试，证明功能完备、可靠性高。
一、嵌入式软件设计方案
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。本文所述嵌入式平台下的程序功能是实现输电线路视频智能监控前端对摄像机模拟视频输入的采集、RGB格式的转换、图像的压缩和传输，以便服务器接收图片后存储并提供给用户显示，同时可以通过对客户端网页进行操作，实现与监控节点控制命令传输、云台控制和摄像机调整等功能。监控前端程序包括三部分线程程序：图像处理线程capture_video（）、音频报警线程audio_play（）和控制命令消息线程message_rec（）。图像处理线程capture_video（）是嵌入式平台的主线程程序，包括图像采集和格式转换程序、JPEG编码与传输程序，该部分软件是在配置好的嵌入式内核环境下，基于视频图像采集相关函数进行集成开发实现，图像处理线程程序流程如图1所示。消息线程程序包含控制命令传输与解析、云台控制和看门狗程序，音频报警线程实现声音报警。
1.嵌入式开发环境
开发环境主要包括一台安装有Linux操作系统的宿主机和DVS357开发板，宿主机操作系统是Windows XP，通过VMware Workstation 7安装openSUSE 11.0 Linux操作系统，开发板与宿主机直连至一个交换机，处于同一网络中[1]，如图2所示。在Linux 服务器上安装工具链，建立交叉编译环境，Windows工作台通过串口和JTAG与DVS357 开发平台连接，可以在Windows 操作系统进行界面交互和在Linux 服务器上进行程序开发[2]，最终将交叉编译后的可执行文件下载至目标机启动运行。本系统通过SDK安装与配置、NFS挂载文件系统、TFTP的配置、BootLoader烧录、内核编译和嵌入式自启动脚本程序修改六个步骤完成软件开发环境的搭建。
2.图像采集与格式转换
（1）图像采集。DVS357的图像采集模块实现将模拟视频信号转换成数字视频信号的功能。图像采集程序的流程图如图3所示。
主要函数实现过程如下：
先创建设备实例，对设备输入指针进行赋值Capture_Attrs.videoInput= CaptureEnv ->videoInput，保存视频输入指针信息至数据结构，然后系统调用Venc_create（hEngine，envp->videoEncoder）创建视频编码模块准备进行视频流采集；
调用Capture_detectVideoStd（NULL，&videoStd，&cAttrs）函数检测输入视频流的标准，videoStd中记录了相应视频格式NTSC或PAL，通过判断然后设置相应的格式；
然后通过调用envp->imageWidth = dim.width，envp->imageHeight = dim.height，对图像宽和高等基本信息进行配置；
接着调用Buffer_getUserPtr（hCapBuf）函数获取一个缓冲区用于存放图像采集数据；
最后调用Capture_create（NULL，&cAttrs）函数，返回该实例的句柄，如果句柄为空则提示创建采集设备失败，跳转至出错线程进行处理，如果成功则开始启动图像采集。
（2）格式转换。视频监控领域中数字视频的色彩空间不同于计算机显示的色彩空间，视频监控领域采用由一个亮度信号（Y）和两个色差信号U、V组成的YUV空间，其中U=R-Y、V=B-Y，采用YUV色彩空间能明显减少数据储存空间和数据传输带宽，利于网络传输。数字图像处理领域采用RGB色彩模型，彩色图像每个像素点都用R、G、B三个分量表示，每个分量的灰阶均为0～255。本系统中，需要将YUV格式转换为RGB格式，为后期图像处理做准备。
本系统DVS357从摄像机接收到原始未处理的YCbCr 4:2:2格式的视频数据，其中4:2:2表示每4个像素有4个亮度分量，2个Cb和Cr色差分量，色差信道的采样率是亮度信道的一半。视频数据在内存中存放的码流为：U0 Y0 V1 Y1 U2Y2 V3 Y3，通过映射出像素点后码流为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]。在内存缓冲区中获取UYVY码流后，将每个像素点通过以下三个公式转换为RGB格式：