基于S3C2410芯片技術(shù)的嵌入式遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

王茂茹

摘 要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)實中得到了廣泛應用，嵌入式遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過遠程網(wǎng)絡實現(xiàn)異地多客戶端的視頻監(jiān)控服務。以ARM芯片技術(shù)為核心，介紹了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與整體設計，分析了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)流程，對視頻采集、視頻數(shù)據(jù)傳輸以及視頻播放技術(shù)進行了研究。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；ARM芯片技術(shù)；數(shù)據(jù)采集

DOIDOI：10.11907/rjdk.151325

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2015）007-0124-02

0 引言

伴隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、圖像壓縮處理技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)的進一步發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也發(fā)展迅速。此外，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在近幾年取得了輝煌成就，芯片的處理速度和集成度都有了巨大提升，這些為監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常具有操作繁瑣、可移動性差、不便于組網(wǎng)以及升級維護成本高等缺點。因此，如何設計出一套易升級維護、可遠程監(jiān)控、可靠性高的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)則成為亟待解決的問題。本文提出了一種基于嵌入式芯片實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)方案。

1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計

采用ARM芯片控制的嵌入式系統(tǒng)，已遍及消費類電子產(chǎn)品、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，ARM芯片控制的嵌入式系統(tǒng)已開始影響著人們生活的方方面面。

1.1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體硬件框圖

監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)了遠端攝像頭視頻數(shù)據(jù)的實時傳輸，并對采集到的視頻數(shù)據(jù)進行壓縮后，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控端進行圖像顯示。該系統(tǒng)使用三星公司生產(chǎn)的S3C2410 ARM處理器作為主控芯片，同時采用CPLD協(xié)助CPU控制各種系統(tǒng)總線。S3C2410主控芯片負責實時監(jiān)控系統(tǒng)其它功能模塊的啟動和運行情況，如視頻圖像采集、視頻數(shù)據(jù)壓縮、網(wǎng)絡傳輸、云臺控制等模塊的正常運行等。當成功檢測到運動物體時，控制警報電路進行警報，其完整硬件框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

1.2 嵌入式遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設計

設計一種應用系統(tǒng)，既要滿足系統(tǒng)要求，又要考慮系統(tǒng)成本，為了達到高效且價格合適的效果，必須選擇開發(fā)周期短且性價比高的硬件平臺。基于嵌入式技術(shù)的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效地將嵌入式技術(shù)和視頻技術(shù)結(jié)合在一起，很好地解決了傳統(tǒng)基于PC的監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題。攝像機采集處理的視頻信號經(jīng)數(shù)字化后傳送到視頻服務器，經(jīng)JPEG圖像壓縮，然后通過組播方式發(fā)送到網(wǎng)絡上[1]。網(wǎng)絡上的終端用戶可以直接使用監(jiān)控終端軟件將其解壓縮，或直接通過Internet實時觀看監(jiān)控現(xiàn)場的圖像。在監(jiān)控現(xiàn)場利用專用嵌入式芯片和實時操作系統(tǒng)，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性，并且把網(wǎng)絡傳輸和視頻壓縮功能集成到一個集成度很高的設備內(nèi)，可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)，達到即插即看的目的，省掉了各種連線復雜的電纜。在監(jiān)控終端，監(jiān)控人員只需擁有一臺安裝了監(jiān)控終端軟件并接入互聯(lián)網(wǎng)的PC機，而無需安裝其它特殊的硬件設備，即可對現(xiàn)場進行遠程實時監(jiān)控。嵌入式遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)流程

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由兩部分組成：服務器端與客戶端。服務器端主要負責對遠程視頻數(shù)據(jù)進行采集、壓縮以及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋豢蛻舳素撠煂σ曨l數(shù)據(jù)進行接收與顯示，同時還可以對服務器端發(fā)出請求指令。視頻監(jiān)控流程如圖3所示。

圖3 視頻監(jiān)控實現(xiàn)流程

從圖3中可以看出，首先需要啟動服務器端應用程序，將攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)按照有關(guān)規(guī)范進行壓縮處理，同時還需要與監(jiān)控端保持連接，每當收到監(jiān)控端的連接請求后，則開始建立網(wǎng)絡連接會話，將這些數(shù)據(jù)以TCP傳輸協(xié)議傳輸?shù)娇蛻舳恕Ｍㄟ^這樣的循環(huán)來獲取視頻畫面，并將其解碼后即可顯示現(xiàn)場的視頻畫面。

2.2 視頻數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)

嵌入式視頻監(jiān)控使用三星S3C2410 ARM處理器作為核心，根據(jù)相關(guān)的視頻規(guī)范進行視頻采集，并利用內(nèi)存作為緩沖區(qū)來存放視頻數(shù)據(jù)。視頻采集核心代碼如下：

2.3 基于TCP/IP的視頻傳輸實現(xiàn)

系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸是應用Socket接口實現(xiàn)的。服務器端的應用程序首先需要創(chuàng)建一個Socket接口，Socket接口類似文件描述符，目的是為了更好地分配給服務器進程的資源，同時對這部分資源以獨占進程的方式訪問；其次，在服務器端綁定剛才創(chuàng)建的Socket，而本地的Socket也會在系統(tǒng)中分配到相應的資源標識。對于網(wǎng)絡中的Socket，其命名基本上是與特定網(wǎng)絡的有關(guān)服務標識（如：端口號）一起的，這樣可以更好地與其它客戶端連接，系統(tǒng)可以通過該標識符訪問指定端口號的遠程服務器進程。Socket名稱的綁定方法可以調(diào)用bind方法來實現(xiàn)[2]。最后，服務器端的進程會不斷地等待客戶端對該命名的Socket發(fā)起連接請求信息，使用listen監(jiān)聽遠程信息，并使用accept接受請求處理。

2.4 視頻數(shù)據(jù)保存及實時播放實現(xiàn)

（1）視頻圖像保存。存儲JPEG 文件的方法是：首先通過調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)CreateFile創(chuàng)建JPG文件，然后通過調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)WriteFile來填寫APP0、SOI等標記碼所需的信息，將經(jīng) JPEG 壓縮后的圖像數(shù)據(jù)接著標記碼填入其中，最后，調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)CloseHandle關(guān)閉此文件[3]。

（2）視頻實時播放。本地客戶端播放視頻是通過系統(tǒng)級COM類IPicture組件實現(xiàn)的，IPicture組件可以控制圖像對象及其屬性。首先需要對IPicture對象進行實例化，然后通過調(diào)用Render方法來實現(xiàn)視頻圖像的實時顯示。部分核心代碼如下：

通過Ipicture組件一幀一幀地連續(xù)繪制到屏幕上，以監(jiān)控視頻的動態(tài)播放。考慮到視頻監(jiān)控有多個點，因此，軟件實現(xiàn)了多個視頻點的顯示窗口，最終實現(xiàn)了多個終端視頻同步播放的功能。

3 結(jié)語

基于S3C2410的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了TCP傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮以及嵌入式技術(shù)等，具有部署方便、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強、開發(fā)成本低等優(yōu)點。通過該系統(tǒng)可以有效降低監(jiān)控管理的維護成本，全面提高視頻監(jiān)控管理效率。

參考文獻：

[1] 西剎子.安防天下——智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 羅亞非.基于TCP的socket多線程通信[J].電腦知識與技術(shù)，2009（3）：22-24.

[3] 郭劍，趙建.嵌入式Linux的圖像采集與顯示[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006（7）：129-131.

[4] 王志凌，王恒，朱海霞，等.基于ARM的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].軟件導刊，2014，13（7）：83-85.

（責任編輯：黃 ?。?