基于入侵檢測(cè)技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻控制

【摘要】基于嵌入式Linux軟件平臺(tái)（Fedora-14操作系統(tǒng)及Linux-2.6.30.4的內(nèi)核）和ARM9硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)出了基于入侵檢測(cè)技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)且具備短信實(shí)時(shí)報(bào)警功能。

【關(guān)鍵詞】入侵檢測(cè)；ARM嵌入式；視頻監(jiān)控

引言

隨著社會(huì)安全防范意識(shí)越來越高，過去傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不足以滿足當(dāng)今科技發(fā)展的要求，而且更新功能、維護(hù)設(shè)備的成本相對(duì)較高。而該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在金融機(jī)構(gòu)、無人看守的工業(yè)場(chǎng)所、居民住宅區(qū)等領(lǐng)域的監(jiān)控優(yōu)勢(shì)日益明顯，得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)被監(jiān)測(cè)場(chǎng)所進(jìn)行連續(xù)24小時(shí)錄像，并把錄像數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心的電腦上，相關(guān)值班人員通過監(jiān)視屏幕以判斷是否被被控場(chǎng)所是否被入侵，因該系統(tǒng)對(duì)被控場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，需要巨大的硬盤存儲(chǔ)空間；同時(shí)該監(jiān)控系統(tǒng)功能單一，監(jiān)控場(chǎng)所在被入侵時(shí)無法自動(dòng)識(shí)別并自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警，需要安全保衛(wèi)人員24小時(shí)監(jiān)視屏幕，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)越多，需要投入大量的人力資源。而該系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的是一套具有入侵監(jiān)測(cè)性能的遠(yuǎn)程視頻以及環(huán)境監(jiān)控的系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)是基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)[1]和ARM9硬件平臺(tái)（S3C2440芯片），優(yōu)化了傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)有人入侵，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)抓拍到入侵者的畫面繼而發(fā)出警報(bào)聲，從而提高了監(jiān)視質(zhì)量和檢測(cè)的速度也降低了安保守衛(wèi)人員監(jiān)視屏幕的視覺疲勞感，這樣也大大地降低了對(duì)硬盤空間大小的要求，且實(shí)時(shí)的將環(huán)境參量（如濕度、溫度等）記錄并繪制成曲線圖顯示，并能達(dá)到實(shí)時(shí)短信通知用戶。該系統(tǒng)終端還可以通過網(wǎng)絡(luò)組成樓宇視頻監(jiān)控中心，特別適合靜態(tài)場(chǎng)所的入侵監(jiān)控。

一、總體方案

二、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)概述

視頻監(jiān)控終端采用CMOS攝像頭，視頻流的輸出格式是JPEG編碼。針對(duì)ARM9 2440硬件平臺(tái)，將該攝像頭進(jìn)行交叉編譯寫進(jìn)內(nèi)核，這樣每次開機(jī)時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)加載并開啟攝像頭。該終端的系統(tǒng)硬件平臺(tái)是選用2440核心板，主要是基于對(duì)開發(fā)工具以及開發(fā)成本還有處理器性能的考慮，其板載接口總類齊全，便于二次開發(fā)。在板載上接入U(xiǎn)SB無線網(wǎng)卡及GSM模塊即可構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控并發(fā)送短信的功能。加之在IO接口上接入各種傳感器，通過終端將采集到的數(shù)據(jù)通過Boa服務(wù)器[3]發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，即可組成一個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

三、入侵檢測(cè)

入侵檢測(cè)技術(shù)[4]可自動(dòng)對(duì)監(jiān)控視頻圖像序列進(jìn)行檢測(cè)，只要發(fā)現(xiàn)有入侵，系統(tǒng)便會(huì)馬上自動(dòng)抓拍并發(fā)出警報(bào)聲。目前應(yīng)用最廣的入侵檢測(cè)的方法主要有3種：背景減差法[4]、光流減差法[4]、幀間減差法[4]。由于幀間差法[4] 背景更新快且對(duì)光線場(chǎng)景變化不太敏感、能適應(yīng)環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)變化，穩(wěn)定性也好。考慮到嵌入式平臺(tái)下計(jì)算資源的有限性，最終選擇采用幀間減差法進(jìn)行入侵檢測(cè)。該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，根據(jù)幀間的差分結(jié)果是否超過閾值來判斷是否有入侵，并在網(wǎng)頁上顯示入侵圖像[4]。

因?yàn)橐獙z像頭抓拍到的圖像存儲(chǔ)為jpeg格式，所以必須先安裝jpeg的庫[5]。安裝好后，如果需要使用該庫，則需要在編譯應(yīng)用程序時(shí)說明jpeg庫所在的目錄[5]。

基于GPL 2的Motion視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有在同一時(shí)間內(nèi)接收多個(gè)攝像頭的視頻信號(hào)流和自動(dòng)識(shí)別出被入侵的視頻信號(hào)流的功能，因此可及時(shí)對(duì)入侵者拍照記錄及迅速產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，系統(tǒng)程序?yàn)榛贚inux平臺(tái)下的開源移動(dòng)圖像監(jiān)測(cè)C語言編譯而成，具有較大的兼容性、靈活性，當(dāng)把入侵的標(biāo)志頁面放到網(wǎng)站服務(wù)器的對(duì)外服務(wù)目錄下，并在標(biāo)志頁中插入入侵標(biāo)志和警報(bào)聲，系統(tǒng)在檢測(cè)到被入侵信號(hào)時(shí)，將在監(jiān)控中心的網(wǎng)頁上顯示入侵標(biāo)志的同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲以提醒安全保衛(wèi)人員[6]。

四、傳感器模塊（DHT11溫濕度傳感器）

DHT11典型應(yīng)用電路其電路的連接較簡(jiǎn)單，上下位的連接只需占用控制器一個(gè)I/O口。建議接口連接時(shí)如果連接線的長(zhǎng)度短于20米就用5K的上拉電阻，如果連接長(zhǎng)度長(zhǎng)于20米則要依據(jù)實(shí)際的情況來判定選用合適的上拉電阻[8]。

方式二：使用ad-hoc模式

在該模式下，手機(jī)不支持ad-hoc這種方式鏈接，所以只能通過筆記本電腦的無線與該模式下的USB無線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接。同樣是通過編寫腳本文件，來實(shí)現(xiàn)該功能2.GSM模塊板載與GSM模塊的鏈接通信是由串口將二者相連。串行端口的本質(zhì)是作為CPU與串行設(shè)備間的數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換。該模塊采用西門子工業(yè)級(jí)的GSM模塊，能夠通過短信[8]的形式來傳遞數(shù)據(jù)，具有穩(wěn)定工作，實(shí)時(shí)通信等優(yōu)點(diǎn)。而當(dāng)網(wǎng)頁監(jiān)測(cè)到有入侵圖像的時(shí)候則發(fā)送短信給指定用戶。

六、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)（手機(jī)版與PC版）

編寫一個(gè)網(wǎng)頁監(jiān)控控制界面[10]，根據(jù)分辨率PC版與手機(jī)版的不同而分別設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中分別設(shè)計(jì)有監(jiān)控圖像采集界面、溫度查看按鈕、濕度查看按鈕、消除警報(bào)按鈕。

七、監(jiān)控中心及測(cè)試運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)監(jiān)測(cè)到入侵時(shí)，監(jiān)控終端的監(jiān)控程序motion[6]就會(huì)立刻發(fā)出警報(bào)聲提醒安保人員同時(shí)發(fā)出指令將入侵標(biāo)志網(wǎng)頁拷貝到網(wǎng)頁服務(wù)器的服務(wù)目錄下便于顯示入侵提醒標(biāo)志。而監(jiān)控終端的入侵提醒標(biāo)志網(wǎng)頁，監(jiān)控中心每隔1秒鐘就會(huì)去讀取一次。已經(jīng)入侵情況如圖2所示。所采集到的數(shù)據(jù)，分別以曲線[11]的形式呈現(xiàn)出來，如圖3所示。

八、結(jié)論

本文構(gòu)建了一個(gè)入侵檢測(cè)技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)[6]，該智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)完全基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能通過瀏覽器對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行入侵檢測(cè)和報(bào)警以及及時(shí)發(fā)送短信的功能，方便地組成了多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的樓宇視頻監(jiān)控中心，也降低了安保守衛(wèi)人員長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視屏幕的視覺疲勞感。而且該系統(tǒng)僅僅在有入侵時(shí)才會(huì)開啟抓拍功能，從而避免了以往傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)24小時(shí)連續(xù)錄像需要巨大儲(chǔ)存空間的缺點(diǎn)。結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案運(yùn)行可靠，尤其適用于銀行、安全場(chǎng)所、家庭等重要靜態(tài)場(chǎng)所的入侵監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1]鳥哥的Linux私房菜 基礎(chǔ)學(xué)習(xí)篇（第二版）[M].人民郵電出版社，2009，12.

[2]高仁才.基于ARM的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控機(jī)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2010，4.

[3]Larry Doolittle，Jon Nelson. Boa Official Website[EB/OL].[2010-09-20].http：//www.boa.org/.

[4]劉志偉.基于ARM的嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)研究 [D].西安工業(yè)大學(xué)，2006，3.

[5]Independent JPEG Group，Independent JPEG Group Official Website[EB/OL].[2010-09-20].http：//www.ijg.org/

[6]JeroenVreekenMotionOfficialWebsite[EB/OL].[2010-09-20].http：//www.lavrsen.dk/foswiki/bin/view/Motion/WebHome.

[7]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第2版）[M].清華大學(xué)出版社，2008：11.

[8]GSM模塊AT指令http：//wenku.baidu.com/link？=Kz_eo8d_MDaT12FHiQm7VCQdpGgluoXalQUCmoRlfyyQg6sEgv511s2akV7Oy6VGt2vfeK3W68vU_2CTmi9topNT3f6UYy2BRHG1jZR-ire.

[9]王千.實(shí)用電子電路大全[M].福建電腦，2004（08）.

[10]胡崧.HTML從入門到精通[M].北京：中國(guó)青年出版社，2007.

[11]豐海.嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用及項(xiàng)目實(shí)踐[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012，11.