基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

寧建睿

【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所存在的不足與問(wèn)題，本論文詳細(xì)研究設(shè)計(jì)了基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。首先簡(jiǎn)要分析了嵌入式技術(shù)，并對(duì)基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求和軟硬件平臺(tái)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)論述了基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)的架構(gòu)和軟件程序的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于進(jìn)一步提高嵌入式技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用水平具有較好的指導(dǎo)和借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】Web技術(shù)嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

一、引言

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)、集團(tuán)呈現(xiàn)出跨地域式的發(fā)展，而在這樣的背景下，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)于降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而提高生產(chǎn)安全是有利無(wú)弊；另一方面，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備分布的越來(lái)越離散，而視頻監(jiān)控以其實(shí)時(shí)直觀的優(yōu)勢(shì)迅速被廣大用戶所接受，結(jié)合物理通信技術(shù)，能夠非常容易的實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。但是過(guò)去的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通常都是采用普通的雙絞線或者同軸電纜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控的，對(duì)于具有大流量數(shù)據(jù)的視頻圖像而言的視頻負(fù)載，通常會(huì)容易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，而且基于這種模式組建的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)后期維護(hù)較為繁雜，對(duì)系統(tǒng)的更新也比較困難。為此，必須要想方設(shè)法實(shí)現(xiàn)新技術(shù)在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

本論文主要結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，詳細(xì)探討基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以期能夠從中找到嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠設(shè)計(jì)與應(yīng)用方案，并以此和廣大同行分享。

二、嵌入式技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控中的應(yīng)用分析

2.1嵌入式技術(shù)分析

嵌入式技術(shù)是一種以實(shí)際應(yīng)用為中心，結(jié)合實(shí)際功能對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，從而構(gòu)建專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種技術(shù)。嵌入式技術(shù)的發(fā)展為嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有利條件和基礎(chǔ)平臺(tái)。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)以及其他應(yīng)用軟件等組成。與PC相比，嵌入式系統(tǒng)具有成本低、耗電少、實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性好以及易于升級(jí)擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

隨著硬件設(shè)備的升級(jí)，現(xiàn)在很多基于嵌入式的攝像頭都作為前端視頻監(jiān)控設(shè)備，這樣直接在攝像頭內(nèi)部進(jìn)行圖像視頻數(shù)據(jù)的壓縮，通過(guò)嵌入式視頻服務(wù)器的轉(zhuǎn)播，用戶用普通的瀏覽器輸入對(duì)應(yīng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像頭的IP地址，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻監(jiān)控，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，同時(shí)由于基于嵌入式技術(shù)構(gòu)成的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶也無(wú)需在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)專用的視頻監(jiān)控管理軟件，只需要用普通的瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，大幅降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。

2.2基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

（1）功能需求分析

基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，其具體功能需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)攝像頭負(fù)責(zé)前端現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像的采集，同時(shí)在攝像頭內(nèi)部進(jìn)行視頻圖像的壓縮，以遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支持的通信協(xié)議傳輸至網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，由服務(wù)器向用戶提供視頻監(jiān)控畫(huà)面。

②客戶通過(guò)瀏覽器與服務(wù)器進(jìn)行交互，獲取遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控畫(huà)面；客戶也可以直接通過(guò)IP管理訪問(wèn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)攝像頭，直接獲取遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控畫(huà)面。

③網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控畫(huà)面數(shù)據(jù)的管理，包括存儲(chǔ)、調(diào)用和訪問(wèn)，同時(shí)通過(guò)對(duì)客戶的權(quán)限設(shè)計(jì)與管理，確保不同權(quán)限等級(jí)的客戶擁有不同權(quán)限的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控畫(huà)面的管理；另一方面，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器還必須要設(shè)計(jì)必要的安全管理程序，確保視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸安全。

（2）系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)分析

①系統(tǒng)硬件平臺(tái)

基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器；其中基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，主要由嵌入式微處理器，存儲(chǔ)器、通信接口等部分構(gòu)成。嵌入式微處理器的核心部件是ARM內(nèi)核，該內(nèi)核能夠支持多線程任務(wù)的并行開(kāi)發(fā)，并且針對(duì)具體的功能對(duì)軟件進(jìn)行裁剪，大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)攝像頭的硬件結(jié)構(gòu)和硬件平臺(tái)成本。

②系統(tǒng)軟件平臺(tái)

系統(tǒng)軟件主要是在前端網(wǎng)絡(luò)攝像頭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)采集和壓縮處理的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)采用嵌入式Linux系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行裁剪和開(kāi)發(fā)。Linux內(nèi)核能夠輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的硬件驅(qū)動(dòng)、I/O數(shù)據(jù)的讀取與存儲(chǔ)、進(jìn)程的調(diào)度以及多任務(wù)協(xié)調(diào)等任務(wù)，因此，只要提供具體的功能，就能夠利用Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)具體的功能開(kāi)發(fā)。

三、基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)采用了嵌入式+Web網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式進(jìn)行架構(gòu)，因此整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)可以分為以下三個(gè)層次：

（1）前端嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像頭

作為整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備，該系統(tǒng)采用了基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，該攝像頭具備獨(dú)立的IP通信能力，同時(shí)由于內(nèi)部具有嵌入式微處理器，因此該攝像頭支持對(duì)視頻圖像監(jiān)控功能的專業(yè)化裁剪，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能的一對(duì)一通信和管理。另一方面，通過(guò)對(duì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像頭內(nèi)部程序的裁剪，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲(chǔ)和傳輸?shù)榷嗳蝿?wù)的協(xié)調(diào)，大幅降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載壓力，從而提升了系統(tǒng)整體的健壯性。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸層選用數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性較好的工業(yè)以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，選用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸層的物理結(jié)構(gòu)，這樣能夠有利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（3）終端視頻監(jiān)控管理層

作為整個(gè)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理層，主要由網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和顯示終端兩部分構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器參與對(duì)視頻監(jiān)控畫(huà)面數(shù)據(jù)的管理和遠(yuǎn)程調(diào)取等訪問(wèn)任務(wù)，而顯示終端則主要用來(lái)完成對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控畫(huà)面的訪問(wèn)。

3.2嵌入式視頻監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)

嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一，就是能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)的并行處理，尤其是本論文所選取的以Linux作為核心內(nèi)核，適宜將可移植性很強(qiáng)的uC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核移植到以Linux作為核心的操作系統(tǒng)中去，從而為多任務(wù)的并行處理的實(shí)現(xiàn)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)于具體的利用Linux操作系統(tǒng)和uC/OS-II內(nèi)核實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并行處理，可以從以下幾個(gè)步驟入手實(shí)施：

（1）劃分任務(wù)流程：所有的任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)行規(guī)劃處理，將任務(wù)的流程規(guī)劃好，并按照具體的流程執(zhí)行相應(yīng)的進(jìn)程，從而將所有任務(wù)的并行處理轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)程的并行處理；

（2）按優(yōu)先級(jí)順序處理：按照預(yù)先定義的中斷優(yōu)先級(jí)順序處理各個(gè)任務(wù)進(jìn)程，當(dāng)不同的任務(wù)進(jìn)程同時(shí)處理時(shí)，按照優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行處理；當(dāng)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)程需要處理時(shí)，可以按照任務(wù)的范圍度實(shí)現(xiàn)中斷嵌套處理，從而保證了多任務(wù)的并行處理；

（3）任務(wù)在事件庫(kù)中被執(zhí)行：當(dāng)任務(wù)被分解為進(jìn)程之后，按照優(yōu)先級(jí)的順序被定時(shí)器響應(yīng)就進(jìn)入了事件庫(kù)，在事件庫(kù)中主要是針對(duì)任務(wù)的屬性和需要完成的目標(biāo)，對(duì)任務(wù)的進(jìn)程進(jìn)行封裝，封裝主要包括文件封裝和接口封裝，封裝的目的是為了實(shí)現(xiàn)在同時(shí)并行處理多個(gè)任務(wù)的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)程的相似性而發(fā)生任務(wù)的錯(cuò)誤執(zhí)行的情況。

總之，在嵌入式系統(tǒng)中，多任務(wù)的并行處理需要借助于進(jìn)程處理，并按照優(yōu)先級(jí)的順序進(jìn)行處理，當(dāng)然，也可以借助于Linux內(nèi)核的事件調(diào)度輪盤(pán)，輔以合適的任務(wù)執(zhí)行策略，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的多任務(wù)并行處理的機(jī)制。

四、結(jié)語(yǔ)

基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具有突出的優(yōu)勢(shì)，如適合更遠(yuǎn)距離的傳輸，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)成本等，因此在近幾年，基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，因此基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展必然趨勢(shì)。本論文結(jié)合嵌入式系統(tǒng)詳細(xì)探討了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)的研究，無(wú)論是從理論研究方面，還是從實(shí)際應(yīng)用方面，都具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。當(dāng)然，本論文所設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是從嵌入式角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)Web技術(shù)尚有很多具體的技術(shù)問(wèn)題有待解決，這有待于廣大技術(shù)人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)基于Web技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用。

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