（控制科学与工程专业论文）基于彩信的远程家庭防盗监控系统的研究.pdf

摘要 随着经济的不断发展以及人们生活水平的同益提高，人们对家庭住宅环境 的要求也越来越高。人们希望能够随时随地的了解家庭住宅中发生的情况，以 免引起不必要的损失。正是基于此种情况，防盗监控系统的研究得到了广泛的 关注，人们希望开发出能够满足住宅用户需求且经济可靠的系统。 基于嵌入式控制技术、图像处理技术、m m s 无线通信等各种现代新技术， 本文设计了一种基于m m s 的远程家庭防盗监控系统，此系统选用s a m s u n g 公司的$ 3 c 2 4 1 0 芯片作为c p u ，采用u s b 摄像头、g p r s 模块等硬件。 主要实现功能如下：当有盗贼进入房间等异常情况发生时，摄像头立即触 发，拍摄发生的异常情况，图片采集完成后，对其进行a i d 转换后，发送至微 处理器模块，之后压缩成m m s 支持的j p e g 格式图像数据流，并对其按照m m s 协议封装格式进行标准封装，并调用g p r s 模块的a t 指令通过串口发送到g p r s 手机模块上，最后通过拨号登陆到g p r s 网络上，并传输至用户手机上，从而 实现用户对家庭情况的实时远程监控。 对家庭防盗的现状、发展趋势及社会对于家庭防盗的要求了解的基础上， 本文提出基于m m s 的无线远程家庭防盗监控系统的总体设计。首先对系统的各 个硬件进行选型、了解芯片的引脚及性能参数，参与了系统各硬件接口电路的 设计。系统软件部分基于嵌入式开发平台，选用l i n u x 操作系统，在系统开发板 上移植b o o t l o a d e l 引导程序、l i n u x 内核及文件系统，并在此基础上，实现了基 于u s b 摄像头的图像采集、研究了基于d c t 变换的有损图像压缩算法，深入分 析和研究了m m s 的基本结构、工作原理及协议封装格式，完成了对m m s 协议 封装及通过g p r s 模块发送程序的编写等软件功能。 其中设计到的一个关键技术是对m m s 的编码及发送。m m s 作为一种新型 的图像传输方式，它突出的特点在于支持各种多媒体文件，除了能够传输文字 之外，还支持图片、声音、视频等各种多媒体格式信息。基于m m s 的远程监控 系统，更加贴近人们对于家庭防盗的要求，而且简单易行。 本文在分析m m s 工作原理、体系结构、采用的编码语言s m i l 等的基础上， 完成了m m s 的发送，从而更进一步拓展了m m s 的应用领域。 关键词：嵌入式系统，远程监控，m m s ，g p r s 网络 a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p i n ga n dp e o p l e ss t a n d a r do fl i v i n gi n c r e a s i n g ，p e o p l e o nt h eh o u s ee n v i r o n m e n ta r ei n c r e a s i n g l yh i g hq u a l i t y w h e r e v e rp e o p l ew a n tt o k n o ww h a th a p p e n si nt h eh o u s ei no r d e rt oa v o i du n n e c e s s a r yl o s s e s i ti sp r e c i s e l y f o rt h i ss i t u a t i o n ，t h es e c u r i t ym o n i t o r i n gs y s t e mh a sb e e nw i d e s p r e a dc o n c e r n ，a n d i ti sh o p e dt od e v e l o pt om e e td o m e s t i cd e m a n da n de c o n o m i ca n dr e l i a b l es y s t e m t h i sp a p e rd e s i g n e dar e m o t eh o u s es e c u r i t ym o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nm m s u s i n gm o d e r nt e c h n o l o g y , s u c ha se m b e d d e dc o n t r o lt e c h n o l o g y , i m a g ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , m m s a n do t h e rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s t h es y s t e mc h o o s c s s a m s u n g s $ 3 c 2 4 1 0c h i pa sc p u ，u s i n gu s bc a m e r a ，g p r sm o d u l e sa n do t h e r h a r d w a r e t h em a i nf u n c t i o no ft h es y s t e mi s ：w h e nar o b b e re n t e r st h er o o mo ro t h e r u n u s u a lh a p p e n s ，w h i c hi m m e d i a t e l yt r i g g e r st h ec a m e r at op h o t o g r a p ht h eu n u s u a l c i r c u m s t a n c e so c c u r s a f t e rp i c t u r ea c q u i s i t i o nc o m p l e t e d ，t h i si n f o r m a t i o nh a sb e e n s e n tt ot h em i c r o p r o c e s s o rm o d u l ea n dc o m p r e s s e di n t oj p e gf o r m a ti m a g e sw h i c h i s s u p p o r tb ym m s d a t af l o w , a n di t sp a c k a g i n gf o r m a ti na c c o r d a n c ew i t ht h es t a n d a r d m m s p r o t o c o lp a c k a g e t h i si n f o r m a t i o nh a sb e e ns e n tt ot h eg p r s c e l lp h o n ev i a u a r t , a n df i n a l l yt ot h eg p r sn e t w o r kv i ad i a l - u pl a n d i n go na n dt r a n s m i t t e dt ot h e u s e rp h o n e s ，e n a b l i n gu s e r st or e a l t i m er e m o t em o n i t o r i n gf a m i l ys i t u a t i o n t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es t a t u so fh o u s es e c u r i t y , t r e n d sa n ds o c i a ld e m a n df o r t h eh o m es e c u r i t y , a n dp r o p o s e st h eo v e r a l ld e s i g no ft h ew i r e l e s sr e m o t eh o m e s e c u r i t ym o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nm m s f i r s t l y , w ed e s i g nh a r d w a r ec i r c u i t , i n c l u d i n gc h i pp i n sa n dp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r si n v o l v e di nt h es y s t e m ，a n ds o o n b a s e do ne m b e d d e ds y s t e ms o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，t h i ss y s t e mu s e sl i n u x o p e r a t i n gs y s t e m t h ed e v e l o p m e n tb o a r do ft h i ss y s t e mt r a n s p l a n t sb o o t l o a d e r p r o g r a m ，l i n u x k e r n e la n df i l es y s t e m a n t h es y s t e mr e a l i z e st h eu s b c a m e r a - b a s e di m a g ea c q u i s i t i o n , r e s e a r c h e sc o m p r e s s i o na l g o r i t h mb a s e dd c t t r a n s f o r ml o s s yi m a g e ，i n - d e e p l ya n a l y s i sa n ds t u d i e st h eb a s i cs t r u c t u r eo fm e m m s t h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es y s t e md e s i g ni se n c o d i n ga n ds e n d i n gm m s m m sa s an e wt y p eo fi m a g et r a n s m i s s i o n , i t so u t s t a n d i n gf e a t u r e si ss u p p o r tav a r i e t yo f i i m u l t i m e d i af i l e s ，i na d d i t i o nt ot r a n s m i tt h et e x tb u ta l s os u p p o r tf o ri m a g e s ，a u d i o ， v i d e oa n do t h e rm u l t i m e d i af o r m a ti n f o r m a t i o n r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n m m s ，c l o s e st op e o p l e sd e m a n d sf o rh o u s es e c u r i t y , a n di ti se a s yt or e a l i z e t h i sp a p e ra n a l y z e st h em m sw o r k i n go p e r a t i o n s ，a r c h i t e c t u r e ，a n ds m i l c o d i n gl a n g u a g e ，c o m p l e t e st h em m ss e n d i n g , t h u sf u r t h e re x p a n d i n gt h em m s a p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m s ，r e m o t em o n i t o r i n g ，m m s ，g p r sn e t w o r k i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中明确的说 明并表示了谢意。 研究生签名：妈日期到。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生( 签名) ：蠲导师( 签名) ： 武汉理j ：人学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 随着经济水平的不断发展和人民生活水平的逐步提高，全国范围内建成了各 式各样的现代化住宅小区。人们对家庭住宅的要求也越来越高，人们不仅希望拥 有一个舒适、温馨的住所，而且对家庭住宅的安全性等方面也提出了更高的要求。 另一方面，经济的快速增长也带来了很多的负面社会效应，城市、农村之间的收 入差距进一步拉大，城市中的流动人员也随之急剧增加，盗窃、入室抢劫等案件 呈现出了明显的增长趋势，因此人们希望有一个可以安全生活的住所，但是犯罪 分子的作案手段越来越高明，他们甚至利用一些现代化高科技作案手段，来实施 犯罪活动。这使得以往那种依靠专人看管、小区物业管理等防范方式，越来越不 能满足人们对家庭住宅防盗的要求，而且传统的家庭防盗监控方式需要耗费较大 的人力、物力及时间，效率低又不能保证用户远距离、随时随地对家庭的监控， 更加难以保证家庭住宅的安全。 上述情况，都使得住宅用户需要一种远程家庭防盗监控系统，来满足人们对 家庭安全防范的更高要求，及时发现入室抢劫等危险情况，并在第一时间内迅速 通知给用户，将险情遏制在萌芽阶段，从而更好的保护住宅用户的利益。 数字移动通信技术的发展促进了数据通信业务的出现，这使得基于互联网的 监控系统成为可能。该监控系统突破了空间和时间的限制，无线通信信号存在的 区域都能使用该种监控系统【2 1 。目前，在全国范围内已逐步建立了功能相对完善、 性能比较稳定的g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 无线数字移动通信网， 它覆盖的范围非常广泛，而且提供了多样化的服务，其中m m s ( m u l t i m e d i a m e s s a g i n gs e r v i c e ) 业务就包含在内，而且手机几乎在中国用户中得到了普及， 人们利用手机接收m m s ，从而实现对家庭的远程监控。因此用户只需使用支持 g p r s 业务的手机及互联网，轻松实现对家庭住宅实时实况的监控。 本课题的提出，即是基于m m s 方式完成对图像数据的传输，完成对家庭的 远程监控。当陌生人闯入等异常情况发生时，触发摄像头进行拍照，图像传送到 主控制器进行压缩处理后，按照m m s 协议进行封装，再通过g p r s 模块发送 m m s 到用户的手机上，使用户能通过手机随时随地掌握家中的情况，满足了人 们对家庭远程防盗的更高要求。 武汉理1 ：人学硕士学位论文 1 2 远程家庭防盗监控系统国内外发展动态 远程家庭防盗监控系统，从用途和功能上来划分，分为视频监控和图像监控 两种方式；从传输方式上来划分，又可分为有线监控和无线监控两种方式。 随着g p r s 通信技术、嵌入式技术等的不断发展，主要出现了三种家庭防盗 监控模式：本地模拟图像防盗监控，基于p c 的多媒体防盗监控，基于w e b 服务 器的远程视频防盗监控。 ( 1 ) 本地模拟图像防盗监控 自从电视机、摄像机诞生起，就出现了本地模拟图像防盗监控系统。它的传 输方式是模拟方式，即采用视频电缆的形式，传输的距离比较短，成本也比较高， 适合监控较小的范围，比如，保安对家庭住宅小区某一重要楼宇的监控，不能实 现对整个小区的防盗监控，只能在控制中心查看所监控的图像，无法满足人们对 家庭防盗实时性的要求。 ( 2 ) 基于p c 的多媒体防盗监控 随着p c 的日益普及、数字视频压缩编码技术的不断成熟，使得基于p c 的 多媒体防盗监控系统有了更进一步的发展。 其工作原理是：前端基于模拟摄像机的，在前端设置一台计算机，安装视频 压缩卡，对摄像头采集到信息进行a d 转换，再通过网卡进行传输给监控终端 的p c 机，之后监控的终端利用特定的解压缩卡，解压缩图像数据，重现远程的 图像，从而实现对家庭远程防盗的监控。 基于p c 的多媒体防盗监控系统无需人员在现场即可对家庭的监控现场进行 监控，而且具有传输图像质量好、传送距离长等优点。因此，曾一度占据了防盗 监控的主要市场。但它仍然存在一些缺点，比如，稳定性差、功耗大、系统的兼 容性较差，而且还需要专人负责值守等。 ( 3 ) 基于w e b 服务器的远程视频防盗监控 随着嵌入式技术、无线通信技术的迅速发展，人们开始采用基于w e b 服务 器的远程视频防盗监控系统。 其主要的工作原理是：视频服务器内置一个嵌入式w e b 服务器，使用嵌入 式操作系统，首先把摄像头传送来的视频信号进行a d 转换，再由高效压缩芯 片进行压缩，最后通过总线传送到内置的w e b 服务器上。网络用户可以利用浏 览器观看w e b 服务器上的图像，授权用户还能对摄像头进行动作及系统参数的 设置。基于嵌入式技术的远程监控系统具备以下优点：体积小巧，安装方便，无 需专人负责值守，成本低，稳定性高，实时性强【3 】。 而目前这些监控系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、维护的难 2 武汉理r ：大学硕士学位论文 易程度等方面都不能最大限度的令人满意。随着移动通信技术的不断发展，g p r s 业务具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点，发展前景极其广泛，因此可以 利用m m s 和g p r s 网络来实现图像数据的实时传输，从而使得用户能够实时掌 握家庭的情况。近两年来，这种数字化网络监控系统得到了快速的发展，诺基亚、 松下等公司的已经在开发这样的远程监控系统。 对现有的国内外相关专利进行查询和比较发现，基于m m s 来实现对远程家 庭防盗监控的系统非常少。现阶段只有在国外存在支持m m s 应用于无线监控系 统这样的设备，但国外的成型产品价格比较昂贵。在国内，开始出现此类产品， 但其性价比不高，而且也不太实用。因此该远程防盗监控系统对目前的远程家庭 防盗监控系统的发展具有十分重要的意义，基于此本文提出了基于m m s 的家庭 远程防盗监控系统【4 j 。 1 3 本文的主要工作及结构安排 本文针对远程家庭防盗监控系统在国内外的发展现状及人们对远程家庭防 盗的实际需求，结合现代嵌入式控制技术、图像处理技术、m m s 无线通信等各 种现代新技术，提出了一种基于m m s 的远程家庭防盗监控系统。本文的主要工 作包括以下内容： ( 1 ) 详细查阅相关文献资料，了解家庭防盗的现状、发展趋势及社会对于家 庭防盗的要求，提出基于m m s 的无线远程家庭防盗监控系统的总体设计。 ( 2 ) 完成嵌入式系统开发平台和环境的建立，其中包括嵌入式l m u x 的裁减、 移植、必要的外围驱动的改写以及文件系统的制作和实现。 ( 3 ) 深入分析和研究m m s 的基本结构、工作原理及协议封装格式，完成了 对m m s 协议封装、通过g p r s 模块登录g p r s 网络实现m m s 的发送。 ( 4 ) 实现图像的采集及图像的压缩算法软件代码的编写，以保证图片的形式 符合m m s 格式的要求，从而顺利实现m m s 的发送。 ( 5 ) 参与硬件电路的选型、芯片外围电路的设计，了解各模块的主要功能。 全文共分为六章： 第1 章：绪论，介绍课题的研究背景及目的、远程家庭防盗监控系统在国内 外的发展动态以及论文的主要工作和结构安排。 第2 章：介绍系统的总体设计，首先介绍远程家庭防盗监控系统系统的总体 结构框图、结构设计及流程设计；之后重点介绍基于m m s 系统方案的确定，其 中包括m m s 的基本知识、工作过程及系统实现的流程图。 第3 章：主要介绍远程家庭监控系统实现的功能要求，及在此基础上各硬件 模块的选型及具体设计，如微处理器、g p r s 模块、u s b 摄像头等模块。 武汉理l i 人学硕士学位论文 第4 章：重点介绍嵌入式系统软件平台的搭建过程，以及嵌入式操作系统的 选择、u s b 摄像头设备驱动程序的设计等内容。 第5 章：介绍远程家庭防盗监控系统系统中各主要模块的软件设计，主要包 括图像采集的实现、图像j p e g 的实现及m m s 发送的实现过程。 第6 章：总结本论文完成的主要工作，并对系统中需要改进的地方进行探讨。 武汉理r 人学硕七学位论文 第2 章m m s 远程家庭防盗监控系统的总体设计 2 1 系统概述 通过市场调查发现，目前绝大数用户对家庭住宅的防盗监控有更高的要求。 根据目前国内外人们生活水平的不断提高以及用户住宅小区的发展状况，如何远 程监视家庭内部发生的各种情况，防止陌生人闯入家庭住宅环境已成为人们关注 的焦点，虽然各家庭间的经济水平有所差异，但人们希望可以随时随地对家庭住 宅的情况进行监控，从而达到对家庭防盗的要求。本文是参照国内外相关技术的 发展现状、我国住宅用户的实际经济水平及对住宅环境的需求而设计的。 在设计开发家庭防盗监控系统前，应该注意以下几点： ( 1 ) 监控环境：由于要实现对防盗的监控，因此要检测异常人员的活动。 ( 2 ) 监控位置：对于家庭监控，一般检测任何可能出现威胁的区域，例如 窗户、楼道、家门口等。 ( 3 ) 采集装置：由于家庭监控系统需要体积小巧的摄像头，因此选择u s b 接口的摄像头。 ( 4 ) 实时性：对于用户来说，人们希望能实时的掌控家中的情况，因此实 时性很重要。 ( 5 ) 系统功耗：由于系统工作时间的不可间断性，因此对于系统功耗将是 用户考虑的重要因素【5 】。 2 2 总体设计方案 在嵌入式系统的开发设计过程中，首先应根据系统的总体实现功能，设计系 统的总体结构框图，还要考虑系统的结构设计及流程设计，因为这些都关系着整 个系统能够运行的高效性、稳定性【6 1 。 2 2 1 系统总体结构框图 远程家庭防盗监控系统主要分为五部分：图像采集单元主要用来采集现场图 像；a r m 处理器用来协调整个系统任务的控制；发送端g p r s 模块用来发送 m m s ；接收端g p r s 模块用来接收m m s 和短信、存储模块主要用来存储采集 的图片。其总体结构框图如图2 1 所示： 武汉理一 人学硕+ 学位论文 图2 - 1 系统总体结构框图 系统主要模块功能如下： ( 1 ) 图像采集模块：通过u s b 摄像头实现图像的采集，进行监控； ( 2 ) a r m 处理模块$ 3 c 2 4 1 0 ：主要进行m m s 协议的封装和控制任务； ( 3 ) 发送端手机模块：通过g p p s 模块进行图像的发送； ( 4 ) 接收端手机模块：通过g p p s 模块接收m m s 。 由于系统是运行在嵌入式开发平台的基础上，因此除了实现基本的功能之 外，还需要在a r m 平台上移植l i n u x 操作系统、开发相应硬件的驱动程序及对 必要函数库的移植等工作。 2 2 2 系统结构设计 如图2 2 所示，本系统的结构层次主要分为三层，最下面一层是系统的硬件 设备层，主要包括$ 3 c 2 4 1 0 开发平台、u s b 摄像头、g p r s 模块等。硬件层之 上为系统的内核层，该层主要是通过l i n u x 内核对系统的设备进行控制，并提供 相应的驱动程序。根据硬件进行相关底层驱动程序的编写，串口驱动主要完成基 本的底层工作，为上层应用提供一些接口，u s b 摄像头驱动程序的编写，基于 串口函数对g p r s 模块的驱动程序的编写等 7 1 。a r m 控制器是使用a t 指令通 过串口来控制g p r s 模块，在进行m m s 发送时对图片数据进行编码，用到的函 数是e n c o d e m m s ，这些底层的驱动函数将简化上层协议的编写。最上面一层是 应用层，主要是必需的应用程序。 6 武汉理t 大学硕十学位论文 应用层 图像采集、m m s 发送等 l i n u x l i n u x 串口 u s b g p r s 模块、 内核及内核驱动驱动m m s 协议封装 驱动 b o o t l o a d e r 硬件层s 3 c 2 4 l ou s b g p r s 模块 开发平台摄像头 2 2 3 系统流程设计 图2 - 2 系统分层结构图 图像采集模块采集到的图像，经过微处理器模块压缩处理之后，进行m m s 封装，之后由g p r s 模块登陆进g p r s 网络，并将采集到的图像传输到用户的手 机上。系统的总体流程图如图2 3 所示。 当有盗贼进入房间等异常情况发生时，摄像头立即触发，拍摄发生的异常情 况，图片采集完成后，对其进行a d 转换后，发送至微处理器模块，之后压缩 成m m s 支持的j - p e g 格式图像数据流，并对其按照m m s 协议封装格式进行标 准封装，并调用g p r s 模块的a t 指令通过串口发送到g p r s 手机模块上，最后 通过拨号登陆到g p r s 网络上，并传输至用户手机上，从而实现用户对家庭情况 的实时远程监控。 武汉理一i ：大学硕十学位论文 c 面 ， 硬件、参数 l 一瑚始化一_ j i usb 摄像头| l 墨堡图堡麴堡 面毒司 - 压缩图像数据 图像数据封装 成m m s l l 无线网络 ， 而南声n 逸孽眇 y t 结束 ) 图2 - 3 系统主程序流程图 2 3m m s 系统方案确定 2 3 1m m s 概述 m m s 根据字面意思可译为“多媒体信息服务 ，通俗称法则为“彩信 或“多 媒体信息 ，是按照3 g p p ( 3 g p pt s 2 3 1 4 0 ) 和w a p ( w a p 2 0 6 和w a p - 2 0 9 ) 论坛有关多媒体信息的标准开发的新业务【引。与其它信息业务不同的是，它能支 持多媒体功能，也被称为“g s m 3 8 4 ，因为这种技术使“全球通的数据速率 由目前的9 6 k b p s 提高到3 8 4 k b p s ，m m s 业务支持在移动终端用户之间传递包 括声音、文本、图像、视频短片等内容的多媒体信息。 m m s 承载于w a p ( 无线应用协议，w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 之上m m s 的实现不仅可以借助g p r s 、e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ，增强 速率数据g s m 业务) 等网络，还可借助3 g ( 第三代移动通信) 网络，不依赖于 具体的移动网络。另外，不同网络之间如需连接，则可以通过其它消息协议来完 8 武汉理t 大学硕十学位论文 成，例如i p 协议等。这样便可满足m m s 的兼容性对于2 g 和3 g 无线网络的要 求。并且m m s 会根据移动网络( g s m ，g p r s ，3 g ) 技术的不同，选择不同的 数据传输方式。 m m s 的工作原理是：以w a p 协议为载体，当有两种以上的不同多媒体信 息时，借助g p r s 、e d g e 或3 g 等高速传输技术，以同步信息方式发送无线多 媒体业务以实现即时的m m s 信息传送。其支持的传送范围主要有手机端到端、 手机终端到i n t e m e t 和i n t e m e t 到手机终端三种。另外，m m s 可支持语音、i n t e m e t 浏览、电子邮件、会议电视等多种高速数据业务【9 】。 m m s 与目前广泛使用的短消息业务( s m s ，s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) 在概念上 看似很相似，但两者有着本质的区别。m m s 是在g p r s 网络支持下，封装在 w a p 协议下的高级应用程序，它除了可以发送s m s 那样简单的文本信息外，还 支持声音、图片、视频短片等多媒体内容，而且它能传送的数据容量要也比s m s 大的多。另外，两者虽都采用存储转发机制，却也存在本质的区别。s m s 采用 信令通道，通过s m s c ( 短消息中心) 存储转发：m m s 采用数据通道，支持电 路交换数据格式和g p r s 格式，以w a p 为载体，需要全新的m m s c ( 多媒体信 息中心) 进行存储转发。 2 3 2m m s 系统整体方案 如图2 4 为m m s 系统方案整体设计图，其中包括以下网络元素：m m s 代 理中继服务器( m m sp r o x y - r e l a y ) 、m m s 服务器( m m ss e r v i c e ) 、m m s 用 户数据库、m m s 增值服务( m m sv a l u ea d d e ds e r v i c e ) 、外部应用服务器等。 此外，为配合多媒体消平台提供多媒体消息服务，需要w a p 网关、g s m ( 3 p r s 网络资源设备的支持，还需要和计费系统及网关系统相连接。 ( 1 ) m m s c ，是m m s 系统结构的核心，它是将多媒体信息由发送方传递 到接收方进行转发和存储的设备。由服务器和中继器两部分构成，一般两者综合 在一个设备中来实现。m m s 服务器的功能是对接收和发送的多媒体短消息进行 存储和处理，包括消息的输入输出、地址解析、通知等。m m s 中继器的功能则 是传递不同m m s c 之间m m s ，并产生响应的计费数据( c d r ，c h a r g i n gd a t a r e c o r d ) 。 m m s c 主要完成多媒体信息的格式转换、寻址、传递及多媒体信息到达的 通知。因此，当手机终端发送m m s 时，m m s c 的主要是完成对接收到的m m s 进行存储和处理，以及在不同的m m s c 之间m m s 的传递工作。 ( 2 ) w a p 网关：尽管m m s 与s m s 的发送有些类似，但m m s 不能在s m s 的传输信道进行传送，因为s m s 的传输信道对于传送多媒体内容来说太窄了。 9 武汉理t 火学硕士学位论文 m m s 在协议层的传输协议采用w a p 协议，因此m m s c 和无线w a p 网络需用 w a p 网关来连接。而m m s c 和w a p 网关的相连是采用h t t p 协议，再使用 w s p ( 无线会话协议) 与移动网络相连接。 图2 - 4m m s 系统方案整体设计图 ( 3 ) m m s 用户数据库：该数据库主要是用来保存用户的注册信息和定制信 息，并且可能包括多个实体。m m s 可以访问多种用户数据库，包括用户信息数 据库，定制数据库。 ( 4 ) m m s 终端用户代理：m m s 终端的功能主要是显示用户终端设备上的 多媒体消息，帮助用户进行多媒体消息的编辑、发送、接收和删除等功能。是用 户终端设备上的应用程序。 ( 5 ) 外部服务器：m m s e 可以连接多个外部服务器，例如e m a i l 服务器、 语音信箱服务器、f a x 服务器等。其中e m a i l 服务器是传统的i n t e r n e t 上的服务 器。该系统单元提供传统的i n t e m e t 邮件服务。它使用s m t p 协议发送消息并使 用p o p 及i m a p 协议接收消息。 ( 6 ) m m s 增值服务( m m sv a s ) ：其功能主要是给m m s 用户提供增值业 务，如多媒体邮件网关、多媒体终端网关等。并且一个m m s e 可以同时连接多 1 0 武汉理i 人学顶 一住论文 个增值服务。 ( 7 ) 计费系统：由于m m s 的数据最比较大，t 要采用流罱的方式赞或 者按包月方式获取服务。 ( 8 ) 外部m m s c ：主要实现不同网络运营商之问多媒体信息的传递等服务 i o l 。 2 33m m s 系统的实现方式及工作流程 m m s 系统有两种实现方式：基于w a p 的实现和基于i p 的实现。木论文主 要研究m m s 基于w a p 的实现方式。 w a p 不仅在业务规范上，而且还从底层技术上都为m m s 的顺利实现提供 了支持，目前m m s 的业务的实现主要是依靠w a p 平台。在基于w a p 实现方 式中，m m s c 和移动网络通过w a p 网关相连，m m s 终端和移动网络之白j 使用 标准的w a p 无线会话协议( w s p ) 进行消息传输。当m m s 终端发送m m s 信 息时，m m s 信息按照w a p 协议进行编码、经由移动网络传送到w a p 网关， m m s c 和w a p 网关之间通过h 1 w 进行通信，从而把m m s 信息传至m m s c 中，m m s c 再进行寻址、存储和转发【】”。如图2 - 5 所示。 一l i i i 一一一一一一i i 一， 图2 - 5 基于w a p 的实现 下面举例说明m m s 的实现过程。m m s 的发送过程，如同短信息的发送过 程，首先发送方编辑要发送的多媒体消息，消息被发送到相应的m m s c ，之后 经过m m s c 将多媒体短消息转发到接收方手上。若由于某种原因m m s c 暂时无 法传送到接收者，则会先将m m s 内容在m m s 服务器上存贮一段时自j ，然后再 次发送，在一定时问内若消息仍然无法接收，则m m s c 将会丢弃此消息( 1 “。m m s 的发送过程如图2 - 6 所示： 武汉理。r 大学硕+ 学位论文 m m s 发送端 m m s c m m s 接收端 编揖消一 发送消息请求 r 发送消息确认 通知消息 请求接收 取l 回彩信 通知发送者 接收确认 图2 6m m s 的发送过程 2 3 4m m s 实现流程图分析 基于m m s 的远程家庭监控系统的实现步骤如下： ( 1 ) 初始化串口及g p r s 模块参数； ( 2 ) 在a r m 处理器模块的控制下，把u s b 摄像头获取的图片信息按照 m m s 协议封装格式封装m m s ； ( 3 ) g p r s 无线模块连接到w a p 网关，发送a t 命令给串口，从而实现拨 号连接，并建立发送数据的p p p 链路； ( 4 ) a r m 处理器模块把封装好的m m s 发送到串口，之后通过g p r s 无线 模块发送到w a p 网关，再发送到m m s c 上去； ( 5 ) 最后m m s c 转发m m s 到接收方手机上，发送成功后断开g p r s 网络 1 3 1 o 本系统中发送m m s 时，a r m 处理器模块封装好m m s 之后，发送a t 指令 到g p r s 无线模块上，连接上g p r s 网络后，再利用g p r s 无线模块通过g p r s 网络发送m m s 到接收方手机上。r m m s 在远程家庭防盗监控系统中的实现流程图如2 7 所示： 1 2 武汉理： 大学硕+ 学位论文 2 4 本章小结 ( 开始 ) 、一一一一 图2 7m m s 实现流程图 本章主要介绍了整个系统的总体设计方案，其中分别阐述了系统的总体结 构、结构设计及流程图的设计，还介绍了基于m m s 的系统实现方式，其中主要 介绍了m m s 的相关知识、m m s 系统整体方案的实现和工作流程，以及基于m m s 实现的流程图的分析等内容。 武汉理：l ：大学硕七学位论文 第3 章m m s 远程家庭防盗监控系统硬件设计 硬件是整个控制系统的基础，稳定可靠的硬件基础不但是完成系统分析时所 必须的前提，而且还可为整个系统提供扩展与升级提供支持。在保证系统硬件设 计正确的前提下，还必须考虑与相关软件协调开发等问题。 3 1 硬件总体设计 3 1 1 系统功能要求 基于m m s 远程家庭防盗监控系统要求当出现异常情况时，系统的控制终端 通过向用户发送m m s 告知用户，从而完成用户对住宅环境的实时监控。 当被监控住宅环境出现系统控制终端所设定的异常情况时，以强行入侵为 例，防盗系统的具体工作流程为：当住宅环境出现了非法入侵时，系统启动u s b 摄像头实现拍照功能并通过a d 转换将图片信息以数字的形式通过串口传递给 a r m 处理器，处理器对接收到的图像信息进行相应的压缩处理并按m m s 协议 格式对数据进行封装，然后通过a t 指令调用g p r s 模块完成对图片的无线传输， 使图像信息通过无线网络传递到用户的手机上，从而使用户完成对住宅环境的远 程监控。 3 1 2 系统硬件构成 由图2 1 可知，本系统设计中的硬件部分主要包括微处理器模块、传感器模 块、图像采集处理模块、g p r s 模块以及存储器模块等五个部分。系统功能的实 现是由各模块之间互相协调工作实现的。其中各个模块的主要功能如下： ( 1 ) 微处理器模块是基于m m s 远程家庭防盗监控系统硬件的控制核心。 该模块主要运行系统的主控程序，完成对所有外设的初始化、通信以及控制功能； 微处理器模块控制着系统对图像信息的采集、处理以及存储等过程，并且通过调 用a t 指令完成g p r s 模块与g p r s 网络连接，实现给用户发送m m s 信息。 ( 2 ) 传感器模块主要完成对异常情况的采集，实现非电信号向电信号的转 换； ( 3 ) 图像采集模块完成对图像信息的采集、转换以及数据的传送功能； ( 4 ) g p r s 模块通过拨号连接到g p r s 无线网络，完成对m m s 信息的发 送： 1 4 武汉理i ：人学硕十学位论文 ( 5 ) 存储模块主要实现对采集到的图像信息进行存储。 3 2 微处理器模块选型 3 2 1 嵌入式处理器的特点及分类 处理器是硬件系统中的控制核心，其性能的优劣对整个系统功能的实现起着 决定性的作用。与普通处理器相比，嵌入式处理器虽然功能与普通处理器类似， 但是在工作温度、功耗以及可靠性等关键技术参数上有着极大的优势。因此，本 设计中采用嵌入式处理器作为主控处理器，与普通处理器相比，嵌入式处理器一 般具有以下特点： ( 1 ) 嵌入式处理器大多支持实时多任务的处理，可以在较短的中断响应时间内 能完成实时多任务的操作。 ( 2 ) 一般情况下，嵌入式处理器具备存储区的保护能力，因此有利于实现软件 的诊断功能。 ( 3 ) 嵌入式处理具有很强的扩展能力，因此有利于实现对系统的扩展从而满足 用户的需求。 ( 4 ) 同时，嵌入式处理器具有低功耗的特点，适合长时间、电池供电等嵌入式 设备的应用。 据统计，以8 0 5 1 系列处理器为代表的嵌入式处理器的种类已经超过1 0 0 0 种， 其中仍然流行的体系结构有3 0 多种，如m c u 、m p u 、d s p 等。根据功能分类， 嵌入式处理器主要可以分为嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o ru n i t ， e m p u ) 、嵌入式微控制器( e m b e d d e dm i c r o c o n t r o l l e ru n i t ，e m c u ) 、嵌入式 d s p 处理器( e m b e d d e dd i s t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，e d s p ) 、片上系统( s y s t e m0 1 1 c h i p ，s o c ) 等几类，它们各自有各自的特点及应用领域【1 4 】。 3 2 2a r m 微处理器 a r m 架构的嵌入式处理器是面向低成本设计的第一款r l s c ( r e d u c e d i n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ，精简指令集计算机) 微处理器。自a r m 公司成立至今， 其推出的3 2 位a r m 处理器就占据了7 5 的市场份额。由于a r m 处理器具有 高性能、低功耗的优点，因此在无线通信、工业控制、消费类电子产品、网络产 品等领域得到了广泛的应用。 基于a r m 架构的嵌入式处理器能够得到广泛的应用一方面是因为a r m 公 司的运营模式，而更重要的是因为a r m 处理器本身的性能优越。采用r i s c 架 构的a r m 微处理器一般具有以下特点：体积小、功耗低、成本低、性能高；支 1 5 武汉理+ r 人学硕+ 学位论文 持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 b i t 1 6 b i t 器件；使用了大 量寄存器，执行指令的速度更快；寄存器中完成了大多数数据的操作；寻址方式 更加灵活简单，执行效率更高；指令长度固剧1 5 】。 目前主流的a r m 处理器主要包括a r m 7 系列、a r m 9 系列、a r m l 0 e 系 列、s e c u r c o r e 系列以及i n t e l 的x s c a l e 处理器和s t r o n g a r ms a 1l0 0 处理器等 几个系列，不同系列的a r m 微处理器具有各自的特点，因而适用于不用的领域 【1 6 】。因此，在进行基于a r m 微处理器的嵌入式系统的开发时，选择合适的a r m 处理器显得尤为重要。a r m 微处理器的选用标准主要有以下几个方面： ( 1 ) a