主頁（http://www.by236.com）：基于B/S模式的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【中國集群通信網(wǎng)】視頻監(jiān)控系統(tǒng)將被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)等信息準(zhǔn)確、清晰、快速地傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器，監(jiān)控中心將實(shí)時(shí)、直接地掌握各個(gè)被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的當(dāng)前情況(包括圖像、聲音及其他敏感數(shù)據(jù))，從而對(duì)敏感事件進(jìn)行快速反應(yīng)[1]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)等信息準(zhǔn)確、清晰、快速地傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器，監(jiān)控中心將實(shí)時(shí)、直接地掌握各個(gè)被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的當(dāng)前情況(包括圖像、聲音及其他敏感數(shù)據(jù))，從而對(duì)敏感事件進(jìn)行快速反應(yīng)[2]。

　　本文設(shè)計(jì)了一種具有用戶零維護(hù)、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ARM處理器S3C2440和嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心平臺(tái)，通過USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，基于TCP/IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，用戶通過瀏覽器即可監(jiān)控遠(yuǎn)程視頻，視頻可以保存，以便回放。

　　1視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　1.1監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有至關(guān)重要的地位，硬件選擇的成功與否直接決定著系統(tǒng)功能的優(yōu)劣。本設(shè)計(jì)中主要硬件有NANDFLASH、嵌入式處理器S3C2440、SDRAM、網(wǎng)卡、USB接口攝像頭等。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。系統(tǒng)以S3C2440處理器為核心，外擴(kuò)其他外圍設(shè)備。S3C2440處理器是SAMSUNG公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，它是一款高度集成的芯片，主頻為400MHz，提供了一套較完整的通用外圍設(shè)備接口，支持性價(jià)比非常高的NANDFLASH啟動(dòng)，可支持Linux等多種操作系統(tǒng)的移植[3]。

　　1.2監(jiān)控系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)選擇Linux操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺(tái)，編譯環(huán)境采用交叉編譯調(diào)試的方式，嵌入式Linux的內(nèi)核選用2.6.13，根文件系統(tǒng)采用yaffs。

　　一套完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該至少包含視頻數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)與控制等功能，為了很好地實(shí)現(xiàn)以上功能，本系統(tǒng)劃分為三大功能模塊：嵌入式流媒體服務(wù)器、嵌入式Web服務(wù)器和用戶視頻監(jiān)控端。嵌入式流媒體服務(wù)器模塊主要實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)裙δ?嵌入式Web服務(wù)器模塊負(fù)責(zé)處理監(jiān)控端發(fā)來的請(qǐng)求并通過與瀏覽器的交互為用戶提供監(jiān)控平臺(tái);用戶視頻監(jiān)控端模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以控制視頻的亮度和對(duì)比度等。

　　2嵌入式流媒體服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

　　流媒體服務(wù)器模塊的主要功能有視頻采集、視頻壓縮、視頻存儲(chǔ)和視頻傳輸。本系統(tǒng)采用中星微公司生產(chǎn)的ZC0301芯片的USB攝像頭，ZC0301主要由五大功能模塊組成，即系統(tǒng)控制、圖像信號(hào)處理、次取樣和水平掃描模塊、JPEG編碼器和USB設(shè)備控制[4]。采用該芯片的攝像頭應(yīng)用最廣泛，方便購買和維護(hù)，經(jīng)過此芯片處理后得到的是JPEG編碼的位流，實(shí)現(xiàn)了視頻的壓縮。

　　2.1基于Video4 Linux的視頻采集

　　Video4 Linux(簡稱“V4L”)是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，它是針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供的一系統(tǒng)接口函數(shù)。視頻采集的基本流程如圖2所示。利用V4L對(duì)USB攝像頭的編程需要用到Linux下2個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，分別是ioctl()調(diào)用和mmap()調(diào)用。

　　在V4L標(biāo)準(zhǔn)中提供了多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制命令，程序通過調(diào)用函數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，完成視頻采集的任務(wù)。ioctl()函數(shù)中主要的設(shè)備控制命令有：

　　(1)VIDIOCGCAP:獲取采集設(shè)備基本信息，比如支持最大最小分辨率等;

　　(2)VIDIOCSPICT、VIDIOCGPICT：分別為設(shè)置和獲取采集圖像的各種屬性;

　　(3)VIDIOCGMBUF：獲取緩沖區(qū)信息，比如每幀大小、最多支持的幀數(shù)等;

　　(4)VIDIOCMCAPTURE：捕捉圖像，獲取圖像信息;

　　(5)VIDIOCSYNC：等待采集一幀圖像完畢。

　　應(yīng)用程序獲取攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)有兩種方法，分別是read()(直接讀取的方法)和mmap()(內(nèi)存映射的方法)。mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個(gè)文件而實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享，優(yōu)點(diǎn)是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝，加速了I/O訪問，本系統(tǒng)就采用此方法。