基于嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

夏彬

摘 要 視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越受重視，現(xiàn)提出一種基于嵌入式技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案，與傳統(tǒng)方案相比具有體積小、實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。選用S3C2410硬件平臺(tái)，Linux 操作系統(tǒng)和B/S架構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)既能滿(mǎn)足視頻監(jiān)控對(duì)網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性的要求。

關(guān)鍵詞 S3C2410 Linux 操作系統(tǒng) B/S架構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控，采用的主要是自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信等問(wèn)題上受到限制，并且體積大、電源依賴(lài)性強(qiáng)、操作復(fù)雜。本文提供的方案更方便客戶(hù)使用。

1嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案

整個(gè)系統(tǒng)分為：視頻數(shù)據(jù)采集及壓縮模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊。其中視頻數(shù)據(jù)采集及壓縮模塊負(fù)責(zé)對(duì)說(shuō)監(jiān)控的視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸，以Linux系統(tǒng)和S3C2410為核心平臺(tái)，建立應(yīng)用程序，把USB數(shù)字?jǐn)z像頭采集到的圖像運(yùn)用H.264高效壓縮算法將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)回應(yīng)客戶(hù)端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求并且為客戶(hù)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)據(jù);它建立Web服務(wù)器端和Web客戶(hù)端，利用TCP/IP協(xié)議，讓前臺(tái)和后臺(tái)進(jìn)行相互交互。系統(tǒng)整體方案如圖1：

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2視頻數(shù)據(jù)采集及壓縮模塊的實(shí)現(xiàn)

2.1軟硬件平臺(tái)的搭建

本系統(tǒng)采用的 S3C2410處理器是基于ARM公司的ARM920T處理器核，支持NAND閃存控制器，包含有UART，SPI等多個(gè)接口。其中所移植的Bootloader為U-Boot-1.16，它直接支持S3C2410處理器，因此移植過(guò)程中只需要做一些簡(jiǎn)單處理：下載U-Boot并修改使其支持Nand Flash啟動(dòng)。新建“u-boot-1.3.2/ board/smdk2410/nand.c”文件，修改“board/smdk2410/Makefile”文件，修改“u-boot-1.3.2/Include/configs/smdk2410.h”文件。完成Bootloader的移植后，則需進(jìn)行Linux的移植，主要是移植其內(nèi)核并添加USB、網(wǎng)卡等等的驅(qū)動(dòng)程序。

2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用微軟LifeCamHD系列的攝像頭，通過(guò)USB串口鏈接到S3C2410處理器，視頻設(shè)備內(nèi)部驅(qū)動(dòng)采用Video4linux2，它的視頻設(shè)備可以想普通設(shè)備文件一樣進(jìn)行訪問(wèn)與讀寫(xiě)。一般操作如下：（1）打開(kāi)設(shè)備文件并取得設(shè)備的capability。（2）選擇視頻輸入，設(shè)置視頻的制式和幀格式及幀的寬度和高度。（3）申請(qǐng)幀緩沖，將申請(qǐng)到的幀緩沖映射到用戶(hù)空間，將申請(qǐng)到的幀緩沖全部入列，采集視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)出隊(duì)列得到原始數(shù)據(jù)，VIDIOC_QBUF，struct v4l2_buffer。（4）將緩沖重入對(duì)列尾，形成循環(huán)。

2.3數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)

本方案采用H.264編碼技術(shù)壓縮視頻文件，它由視頻編碼層（VCL）和網(wǎng)絡(luò)適配層（NAL）組成，其中VCL主要包括核心壓縮引擎和塊、宏和片的語(yǔ)法句法定義。網(wǎng)絡(luò)提取層主要功能是定義數(shù)據(jù)的封裝格式，把VCL產(chǎn)生的字符串適配到各網(wǎng)絡(luò)來(lái)。其核心編碼技術(shù)有幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼、幀間預(yù)測(cè)編碼和整數(shù)變換等。幀內(nèi)編碼指利用幀相鄰宏塊的空間相關(guān)性，對(duì)周?chē)陦K的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值差值編碼。幀間預(yù)測(cè)碼是利用連續(xù)幀的時(shí)間冗余啦進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償。整數(shù)變換是使用基于4？像素塊的類(lèi)似于DCT的變換，而且是以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換。

3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊的實(shí)現(xiàn)

3.1 Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊由Web服務(wù)器部分和客戶(hù)端部分組成，Web服務(wù)器采用B/S模式，B/S即瀏覽器/服務(wù)器模式，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到了服務(wù)器，客戶(hù)端統(tǒng)一用瀏覽器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)。本方案用boa-0.94.13服務(wù)器，它移植到ARM里需要將做如下改動(dòng)：將#define TIMEZONE_OFFSET（foo）（foo）->tm_gmtoff改成#define TIMEZONE_OFFSET（foo）（foo）->tm_gmtoff. 將boa.c文件中 if（setuid（0）！=1）{DIE（“icky Linux kernel bug！”）;}注釋掉。修改生成的Makefile為針對(duì)嵌入式平臺(tái)。

3.2客戶(hù)端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

本方案采用Java Applet為用戶(hù)開(kāi)發(fā)一個(gè)顯示界面，并為管理員開(kāi)發(fā)管理窗口，設(shè)置不同的權(quán)限。本系統(tǒng)在顯示頁(yè)面中嵌入播放器播放監(jiān)控視頻。整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是建立Applet 與Servlet通信，具體過(guò)程如下：（1）創(chuàng)建URL對(duì)象。（2）與URL地址建立連接，可以調(diào)用openConnection（ ）函數(shù)來(lái)建立連接open Connection（ ）函數(shù)除了建立連接之外還進(jìn)行通信初始化。（3）利用URLCOnne ction對(duì)象進(jìn)行讀寫(xiě)操作，本方案提出的基于嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用簡(jiǎn)單方便的ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)，并基于B/S模式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，具有智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用很多場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹少坤.一種嵌入式攝像機(jī)設(shè)計(jì)[J].微型接收機(jī)應(yīng)用，2008（29）.

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