3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

丁鶴洋， 李太君， 徐 瑛

（海南大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 海南 ?？?570228）

0 引言

近年來計算機(jī)、電子通信等行業(yè)步入了快速發(fā)展的時代，嵌入式系統(tǒng)作為多個行業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物以其專用性強(qiáng)，可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。第三代移動通信技術(shù)也在中國鋪天蓋地而來，與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比較 3G網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量更可靠，同時具有高速的傳輸速率，因而 3G網(wǎng)絡(luò)將會更廣泛為大眾所接受從而應(yīng)用到更廣闊的領(lǐng)域中去。這里在Linux操作系統(tǒng)下，利用嵌入式開發(fā)板S3C2440搭建了系統(tǒng)的硬件環(huán)境[2]，完成了 CDMA2000 1x EV-DO無線網(wǎng)絡(luò)撥號上網(wǎng)，并最終通過電信3G網(wǎng)絡(luò)成功實現(xiàn)了視頻圖像的傳輸。所構(gòu)建的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安防、航空航天等各個方面。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

系統(tǒng)通過AT指令完成CDMA2000 1x EV-DO網(wǎng)絡(luò)的撥號上網(wǎng)，服務(wù)器端視頻采集模塊利用攝像頭進(jìn)行視頻圖像采集并通過Socket編程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，客戶端利用 C#編寫的應(yīng)用程序來完成與 ARM板的連接并成功接收到前端監(jiān)控圖像。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件選擇

嵌入式處理器是嵌入式開發(fā)板的心臟，現(xiàn)在市面上處理器種類繁多，相比較而言 ARM 性價比較高，本系統(tǒng)服務(wù)器端選用了三星公司推出的 RISC微處理器 S3C2440，該處理器采用的是內(nèi)核ARM920T，013um的 CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元及存儲單元。它實現(xiàn)了MMU、BUS、AMBA以及HARVARD這一高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。硬件框如圖2所示。

在無線發(fā)送模塊中該系統(tǒng)選用了中興公司所生產(chǎn)的3G通信模塊MC8630，該模塊下行通信速度可達(dá)到3.1 Mb/s，上行通信速度1.8 Mb/s，可廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)交換、安防、智能監(jiān)控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等各個方面。MC8630基本連接方式如圖3所示。

3 系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

3.1 服務(wù)器端的設(shè)計

在服務(wù)器端利用Video for Linux接口函數(shù)完成視頻圖像幀的采集，等待客戶端請求嘗試建立連接，連接成功后將采集到的圖像利用 3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端。涉及到的具體步驟如下：首先開辟地址空間定義數(shù)組用于采集圖像幀的存儲，選用內(nèi)存映射（Mmap）方式捕獲視頻圖像，完成硬件設(shè)備初始化。接下來創(chuàng)建并綁定套接字（Socket）開始監(jiān)聽客戶端的連接請求。當(dāng)監(jiān)聽到客戶端有連接請求時通過Client_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_sockaddr,&sin_size)建立TCP連接，調(diào)用V4L接口函數(shù)利用前端攝像頭進(jìn)行圖像采集暫時存儲在對應(yīng)的數(shù)組中并通過Sendbytes=sendto(client_fd,buf,size_number,0,(struct sockaddr *)&client_sockaddr,sin_size)命令將圖像傳給客戶端，結(jié)束采集后關(guān)閉視頻設(shè)備。

3.2 客戶端的設(shè)計

客戶端 PC機(jī)的應(yīng)用程序主要是用 C#語言編寫，客戶端需要完成的是與服務(wù)器端建立TCP連接并通過向下位機(jī)發(fā)送圖像數(shù)據(jù)請求完成前端監(jiān)控圖像的傳輸[3-4]，完成圖像顯示進(jìn)行實時監(jiān)控?？蛻舳诉\(yùn)行流程如圖4所示。

圖4 客戶端運(yùn)行流程

創(chuàng)建新的Socket并與服務(wù)器端TCP連接的實現(xiàn)：

IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse(＂server_ip＂); //指定服務(wù)器端的IP

IPEndPoint zd_ip = new IPEndPoint(ipAddress,port); //指定服務(wù)器端的Port

TcpClient client = new TcpClient(); //創(chuàng)建 TCP連接

Client.Connect(zd_ip);

NetworkStream stream = client.GetStream(); //完成創(chuàng)建

3.3 EV-DO網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸

利用 AT指令[5]對 MC8630進(jìn)行設(shè)置，完成與3G網(wǎng)絡(luò)的連接，服務(wù)器端對采集到的圖像數(shù)據(jù)分組打包由MC8630傳送出去。EV-DO數(shù)據(jù)傳輸過程如圖5所示。

4 系統(tǒng)的測試與結(jié)果

各部分程序調(diào)試正確后，將服務(wù)器端地址設(shè)為嵌入式開發(fā)板無線撥號上網(wǎng)成功后所分配的地址[6‐7]，服務(wù)器端接好攝像頭，客戶端運(yùn)行應(yīng)用程序開始視頻圖像采集發(fā)送程序，經(jīng)測試攝像頭成功采 集視頻圖像并發(fā)送成功，客戶端亦能成功獲得服務(wù)器端傳送的圖像。

5 結(jié)語

基于嵌入式 Linux的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是為適應(yīng)當(dāng)前嵌入式技術(shù)發(fā)展和實際市場需求而進(jìn)行設(shè)計的，伴隨著全國3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，基于3G網(wǎng)絡(luò)的無線視頻監(jiān)控必將以其方便快捷等優(yōu)勢成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，這里在ARM+Linux開發(fā)平臺下構(gòu)建了該無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過大量實驗驗證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控、自動控制、人工智能等各個領(lǐng)域，具有廣闊應(yīng)用前景[8]。

[1] 戴麗，張維勇，劉征宇，等.嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,31(01):4-9.

[2] 廖穎.基于ARM9的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控研究與設(shè)計[D].四川:西南交通大學(xué),2009.

[3] 孫桂斌.基于TCP/IP協(xié)議多客戶連接的服務(wù)器端程序?qū)崿F(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)與通信,2009，29(07):83-87.

[4] 劉易,李太君.3G移動終端流媒體播放技術(shù)的研究[J].通信技術(shù),2011,44(03):123-128.

[5] 王俊.3G移動通信系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究[J].通信技術(shù),2011,44(03):120-122.

[6] 呂振華.cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)和EV-DO網(wǎng)絡(luò)互操作相關(guān)問題分析[J].電信科學(xué),2009，30(08):27-30.

[7] 李猛.基于 CDMA2000_1X的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].陜西:西安科技大學(xué),2008.

[8] 鄧漫齡.ARM嵌入式Linux系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué),2009.