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摘要：隨著社會的快速發展，科技不斷進步。目前，視頻監控系統應用非常廣泛，滿足了大多數環境和場所對安全的需求。筆者主要設計了一套基于嵌入式Linux的遠程視頻監控系統。該系統融合了嵌入式Linux技術、嵌入式Web服務器以及多線程通信等技術，監控采集終端便攜輕巧，監控查詢非常簡便，有效實現了實時監控，傳統視頻監控系統存在的問題迎刃而解。

關鍵詞：視頻監控系統；S3C2440；網絡通信；Linux

引言

目前，視頻監控系統在各個領域的運用非常普及。傳統視頻監控系統存在很多缺陷，包括實際布線量大、傳輸距離短、數據占內存大、查詢繁瑣、模擬圖像質量低和保護性不強等。此外，在精細化、數字化的趨勢下，針對上述問題，采取最新的音視頻處理和網絡通信技術，通過太網及其他網絡傳輸視頻圖像，可以有效解決遠程視頻監控的問題。

1系統方案論述

本文所設計的視頻監控系統具有很強的通用性，且性能高，以嵌入式技術為基礎。該系統的組成部分包括嵌入式Web服務器、嵌入式硬件平臺、USB攝像頭采集前端以及客戶端等。USB攝像頭采集前端主要用于采集圖像視頻數據，在MEJEPG算法的基礎上壓縮處理視頻數據，借助網絡傳輸到達服務器，客戶端只需登錄即可實現實時監控。

2系統設計

嵌入式遠程視頻監控系統設計，主要包括硬件和軟件兩個方面。軟件方面主要是Linux系統設計，客戶端查看視頻數據非常簡單，主要通過手機端軟件或者瀏覽器實現。硬件資源主要包括USB攝像頭、TQ2440開發板和WiFi無線網卡[1]。

2.1系統硬件設計

硬件設計方面，本系統開發主要采用核心板和底板相結合的模式。核心板采用S3C2440核心板。底板設計較為復雜，包括USB攝像頭接口電路、核心板接口電路、LCD接口電路、串口電路、復位電路以及電源電路等。對于S3C2440核心板，主要采用了ARM920T內核，32位內部總線結構，ARMV7指令集，主頻高達4000MHz，且運算能力很強，高達450MIPS。該種內核處理器有明顯優勢，特別是在支持OS及人機交互設備管理等方面。

2.1.1USB攝像頭電路設計本系統使用UVC攝像頭，普通USB接口即可使用。

2.1.2WiFi無線網卡模塊具體來說，WiFi無線網卡選擇的型號為TL-WN321G+WiFi。這種無線網卡內置智能天線，且為USB式總線接口，所具備的無線訪問能力非常穩定、高效，最高可達20dBm的發射功率，2.4～2.48kMHz的工作頻率，同時，有廣泛的覆蓋范圍，室內可達100m，室外可達300m。

2.1.3底板設計通常來說，底板電路設計在整個硬件電路設計中極其重要，且具有數字電路與高頻電路的特點。為了將印刷電路板上的噪聲干擾最小化，本設計采用了相關設計技術，增強電路板的抗干擾性能。第一，電源和地線采用粗導線，降低毛刺噪聲影響；第二，確保電源線、底線走向和數據傳輸方向相同；第三，為了縮小地線電位差，地線需要構成死循環回路；第四，布線時，盡量不采用90°折線，采用45°折線（盡可能降低高頻信號的對外發射與耦合）；第五，完成布線后，需要對焊盤進行淚滴處理，有利于保證信號的穩定性。

2.2系統軟件設計

系統軟件設計大致流程為利用USB攝像頭采集前端和視頻服務軟件，獲取相應的視頻數據，處理這些數據并發送給用戶。基于此，輸入和輸出兩個線程的創建有重要作用。輸出線程主要用于傳輸視頻圖像數據，滿足用戶需求，輸入線程負責采集視頻數據。兩個線程之間有良好的互通性。共享內存中，輸入線程寫入圖像視頻數據，輸出線程讀取這些數據并傳輸。

2.2.1USB攝像頭驅動本系統中，使用的攝像頭驅動是Linux下通用的spca5xx，驅動版本為spca5xx-v4l1goodbye.tar.gz。由于ZC301P芯片缺乏足夠支持，因此需要采取相應措施，通過修改內核源碼，添加驅動，加強該設備的支持。本系統主要采用驅動模塊方式，使用insmod命令加載模塊，實現攝像頭驅動，高效便捷。視頻設備在Linux中使用時，可以實現讀寫等操作，幾乎與訪問普通文件相同，攝像頭設備文件對應/dev/v4l2/video0文件。V4L2是Linux下可供視頻編程的規范接口。

2.2.2V4L2信號采集設計V4L2是Linux系統下視頻設備驅動程序接口規范，為上層應用程序提供了一系列接口函數。對于視頻圖像采集，其可通過操作視頻設備完成。V4L2操作設備文件時非常高效，在應用程序中可以直接調用函數。V4L2支持兩種數據采集方式。第一，內存映射方式（map），通常用于連續視頻數據的采集。通過map函數，用戶空間可以獲取內核緩沖區地址。這種方式非常高效，能夠直接處理內核緩沖區的數據。第二，直接讀取方式（read），主要用于靜態圖片數據采集，可以在用戶空間和內核空間持續拷貝視頻數據。這種方式利大于弊，雖然便于操作，但是占用內存空間大，效率很難提高。本文主要采用的設計方案是內存映射方式。關于輸入與輸出隊列的定義，輸入隊列主要接收和存儲視頻數據，輸出隊列主要向外驅動視頻數據。

2.2.3視頻壓縮編碼模塊MPEG采用幀間壓縮的方式，僅存儲連續幀之間有差別的地方。因此，其壓縮比較大，是壓縮運動圖像及伴音的視音頻編碼標準。獲取圖像數據后，通過傳輸可以在FrameBuffer上顯示。由于本系統需要通過網絡才能傳輸所采集的視頻數據，因此傳輸前需要壓縮編碼圖像數據。為了實現MPEG-4視頻編解碼方案，在此選用MPG440芯片。MPEG-4相比于其他標準，壓縮比更高，不僅占存儲空間小，而且圖像效果優質，特別適合在低帶寬條件下傳輸視頻，圖像質量極佳。進行視頻流壓縮編碼后，需要實現網絡傳輸。

2.2.4嵌入式Web服務器設計作為遠程嵌入式設備通信的標準，Web瀏覽器具有豐富的功能，完全可以與遠端設備通信。使用普通的Web瀏覽器，監控中心的主機可以獲取實時視頻，進行遠端控制。此外，需要將Web服務器構建在遠端嵌入式系統中。考慮到嵌入式設備資源有限，若處理大量用戶請求，需要花費很長時間。為此，在Linux下，常用服務器不太適合，如Apache等。使用與嵌入式設備相對口的Web服務器更為合適，不僅存貯空間大，而且幾乎不占用內存空間，對于嵌入式應用場合非常合適。

2.2.5客戶端實現客戶端方面，本設計主要采用B/S架構（客戶端服務器結構）。通過瀏覽器，用戶可訪問Web服務器Boa，通過運行后臺服務器，瀏覽器上會顯示結果。本設計中，只要處于局域網，且輸入視頻服務器IP地址正確，所有PC或移動終端均可實時接收、采集視頻數據。在瀏覽器上，JavaApplet小程序只要正常運行，客戶端就可以直接播放監控圖像，使用效果良好。其端口號設置為8080。只要擁有IP地址和端口號，就可以創建Socket對象，同時，創建Socket對象的輸入、輸出流。

3結語

本系統基于嵌入式系統的獨特性，設計了一種基于嵌入式的網絡視頻監控系統。在S3C2440核心板的板基礎上，系統利用Web服務器Boa，結合TCP/IPsocket網絡通信，通過USB攝像頭實現遠程視頻監控，極大提高了遠程監控的高效性。

參考文獻

[1]袁宏攀.基于CGI的動態嵌入式WEB服務器的設計[D].昆明:昆明理工大學,2010:63.

作者：薛粵平 單位：中時訊通信建設有限公司