主頁（http://www.by236.com）：一種嵌入式網絡視頻監控系統的硬件設計(2)

　　圖5視頻采集電路原理框圖

　　4、外圍電路模塊

　　本設計用到的外設有USB接口，網卡接口，串行接口和JTAG接口。同時為保證系統將來的可擴展性，系統還預留了PC104接口和大量的GPIO接口。AT91RM9200處理器的片內以太網卡端口和網絡物理層芯片DM9161E 的MII 接口通信。而且片內以太網卡內置了獨立的雙緩沖的讀寫DMA 通道，這樣大大提供了數據的發送速度，同時不影響AT91RM9200 的正常運行。

　　為保證視頻采集質量，監控系統選用了羅技等高端品牌的產品，然后攝像頭通過專用的USB集線器與處理器單元的USB接口連接。在實時監控狀態下，各個攝像頭上捕獲的圖像數據通過USB集線器傳輸到視頻監控系統的USB主控制器模塊上，然后再由USB主控制器模塊交由AT91RM9200處理器集中處理。AT91RM9200對采集到的圖像進行實時編碼壓縮，編碼之后的碼流直接傳輸到發送緩沖區中，等候發送。最后由上層應用程序將處理后的視頻數據通過以太網口進行發送。

　　四、軟件方案

　　系統的應用軟件建立在Linux操作系統之上，嵌入式Linux具有許多優點，如開放源碼，功能強大的內核，支持多用戶、多線程、多進程、實時性好、功能強大穩定;大小功能可定制等。本系統采用的嵌入式Linux系統是基于2.6.21的內核，支持了內核搶占式調度，同時調度周期為1ms，因此大大保證了系統的實時性。此外，系統內嵌的嵌入式Linux系統實現了對所有硬件設備的驅動支持，如基于Flash的文件系統、網卡驅動程序、USB驅動程序等等，完全保證了系統的可用性。

　　在本系統中，軟件設計可分為3部分：視頻圖像數據采集、圖像數據的JPEG壓縮以及系統平臺的網絡通信。

　　1、視頻圖像數據采集的實現

　　首先加載USB攝像頭驅動程序，接著就是編寫一個對視頻流采集的應用程序。攝像頭中的各種I/O口的控制主要依靠Vide04Linux提供的應用程序接口函數實現，主要有Open、Read、Write等。V4L下的視頻采集1。在本系統中，將有關攝像頭的各種數據和結構封裝成了一個類，主要用到的一些系統調用函數定義如下：

　　open(“/dev/vide00”，O—RDWR)：設備的打開。

　　close(fd)：設備的關閉。

　　mmap(void+addr，size—t len，int prot，int flags，int fd，off__t offset)：

　　設備緩沖區到內存空間的映射。

　　munmap(void*addr,size t len)：采集工作結束后取消mmap和mbuf的綁定。

　　ioctl(int Rl，jnt cmd...，)：控制I/O的通道。

　　2、Linux下圖象數據的JPEG壓縮

　　由于視頻信息數據量過大，因此必須在視頻傳輸前對圖像數據進行壓縮處理。在本系統中，攝像頭采集過來的圖像數據格式為RGB24，通過調用Linux下的Libjpeg庫來實現視頻數據的編碼，把RGB24圖像數據轉換為JPEG格式。下面簡述下整個壓縮處理過程：首先初始化JPEG壓縮的圖片格式，調用jpeg_set—defauhs(&cmjpeg)，接著初始化JPEG壓縮圖片質量，通過jpeg_set—ratio(&cmjpeg，ratio，7rURE)實現。

　　開始壓縮：jpeg_start—compress(&cmjpeg，TURE);for(i--0,line--buf;i<_height;i++，line+=_width*3)jpeg_write—seanlines(&cmjpeg，&line，1);

　　壓縮完成：jpeg_finish—eompress(&cmjpeg);

　　將壓縮得到的數據拷貝到jpeg數據變量中：

　　memepy(new一>buf 0。((_dst_ptr)cmjpeg.dest)一>buffer,size);

　　釋放內存并銷毀cmjpeg變量：jpeg_destory_compress(&cmjpeg)

　　jpeg_buff_free(&emjpeg);

　　最后返回return size;返回值size標記了緩沖區中視頻數據的實際長度。

　　3、系統網絡通訊的實現

　　本系統采用B/S(瀏覽器/服務器)模式的通信構架。用戶只需在遠程客戶機安裝一個普通的瀏覽器軟件，其他大部分工作由Web服務器完成。B/S模式開發的監控軟件，降低了對系統軟件的要求，避免了用戶對客戶端的安裝和設置，實現了軟件安裝的簡單化、自由化。

　　視頻監控系統實現了對USB攝像頭的驅動程序，這樣上層視頻采集程序可以直接通過標準的Video4Linux接口函數訪問USB攝像頭設備，捕獲實時的視頻流，放入上層緩沖區，同時通知上層服務器軟件處理。

　　系統中內置了一個完整的基于網絡的多用戶視頻服務器軟件，這樣當服務器軟件監聽到有網絡客戶連接時，立即啟動采集進程從緩沖區中把處理后的視頻流數據讀出，然后發送給相應的客戶連接。同時為了保證監控客戶端的簡單性與統一性，本系統中的客戶端可以直接使用IE軟件，即用戶打開PC端的IE軟件后，直接在地址欄內輸入需要訪問的設備IP地址或者域名，如192.168.0.5，此時就可以在IE瀏覽器中顯示當前的實時采集圖像。

　　五、結論

　　本系統采用嵌入式Linux，操作系統和ARM核處理器的硬件平臺相結合，視頻信號從前端圖像采集設備輸出時即為數字信號，以網絡為傳輸媒介，并基于國際通用的TCP/IP協議，使用流媒體技術實現視頻信號在網絡上的傳輸，構成了一個高質量、監控方式靈活、可靠性好和具有易于擴展架構的網絡視頻監控系統。ARM處理核和Linux。相結合，很好地體現了整個監控小型化、數字化、網絡化、低功耗的優點。系統電路板現已成功配置和運行，調試結果表明，整個系統具有穩定可靠、安裝簡便、成本低廉等特點，可廣泛使用在家庭、銀行、超市、公共場所等。