基于嵌入式Linux的視頻監控系統的設計與實現

何義

摘要：隨著互聯網的快速發展，嵌入式網絡視頻監控是目前很受關注的熱點，而且在各個領域都涉及它的應用，因此對基于嵌入式視頻監控系統的研究具有一定的意義。因此在視頻監控方向，該文提出了一種系統設計方案。該系統以Linux作為操作系統，以S3C2410作為開發平臺，由USB攝像頭實時的采集視頻圖像數據，經壓縮編碼后通過TCP網絡傳輸到視頻服務器客戶端，實現基本的監控功能。

關鍵詞：視頻監控；嵌入式；攝像頭；視頻壓縮；視頻采集

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0201-02

The Design And Implement Of Video Monitoring System Based On Embedded Linux

HE Yi

（School of Information Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

Abstract： With the rapid development of Internet， embedded network video monitoring is hotspot that attracting extensive attention in the present， and have involved in all fields， so the research for the video monitoring system has a certain significance. So in the direction of video monitoring， this paper proposes a system design scheme， The system using the Linux as operating system， S3C2410 as development platform and Collecting video image data by USB camera， after compression coding， the video image data is transmitted to the video server and client through the network， achieve the basic monitoring function.

Key words： video monitoring； embedded； camera； video compression； video capture

1 概述

在當前科技迅速發展的環境下，視頻監控系統已經在安防、交通監控和家居生活等重要領域得到了廣泛的應用。視頻監控系統經過了三個發展階段，第一是基于模擬攝像機的模擬視頻監控系統階段，第二是基于PC 端的數字視頻監控階段，第三是基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統階段[1-2]。傳統的模擬視頻監控系統存在傳輸距離和系統數據量有限、圖像質量低和不易擴展等不足，數字監控系統雖慢慢取代了模擬視頻監控系統，但其本身也存在視頻前端采集復雜、系統穩定可靠性差等局限。網絡視頻監控系統在各類技術的不斷發展的基礎上也在不斷發展中。在網絡技術快速發展的趨勢下，通過網絡傳輸視頻圖像[3-5]，是目前實現視頻監控最好的方法。本文設計并實現一套以S3C2410為開發平臺，以Linux為操作系統的基于嵌入式視頻監控系統，客戶端只要和監控終端在同一局域網內均可實時監控。

2 系統整體設計方案

該嵌入式視頻監控系統以Linux系統和S3C2410開發板作為系統核心平臺，由在前端的USB攝像頭實時采集視頻數據，經壓縮編碼后通過TCP網絡傳輸到后臺服務器，客戶端可實現實時監控。此系統主要由視頻服務器端和客戶端組成；服務器端包括視頻圖像采集模塊和TCP網絡傳輸模塊，它們的職責就是將視頻數據進行壓縮、編碼后通過TCP網絡傳輸到遠程終端設備上?？蛻舳酥饕獙崿F遠程終端設備的視頻顯示。

3 系統硬件設計

在該系統中，硬件結構包括視頻圖像采集模塊、視頻服務器模塊和TCP網絡傳輸模塊。視頻圖像采集模塊主要完成視頻數據的實時采集，ARM開發板通過攝像頭采集獲取視頻圖像數據，然后進行壓縮存儲和處理，然后通過網絡傳輸模塊將視頻數據傳輸到遠程移動終端上顯示。

4 系統軟件設計

軟件部分的設計主要包括：嵌入式Linux系統的裁剪和移植、視頻圖像的采集、視頻的網絡傳輸以及客戶端網絡連接程序。系統的裁剪和移植等技術本文不再作詳細的論述。以下主要介紹視頻圖像采集模塊和網絡傳輸模塊的設計。

進行視頻采集[6]必須加入video4Linux模塊，要從攝像頭設備中采集視頻圖像幀，必須依靠此模塊所提供的接口。video4Linux是攝像頭設備的相關內核驅動，它為攝像頭提供了編程所需的最基本的接口函數，比如ioctl（）函數、打開函數、寫函數和讀函數等的實現。并把它們定義在file_operation中，當應用程序對設備文件進行打開讀寫等一系列系統調用的操作時，系統將通過此結構去訪問內核驅動程序[7-9]所提供的一些基本函數。video4Linux中的數據結構為視頻采集提供了各種視頻圖像的相關數據信息，其中包括有：

video_window ：包含獲取的視頻圖像區域的基本信息

video_capability：包含設備信息，比如設備的分辨率范圍、設備的名稱和信號的來源信息等

video_picture：包含了所獲取圖像屬性；

video_channel：各個信號源的屬性；

video_mmapf：用于內存映射；

video_mbuf：包含映射的幀的屬性和信息，比如所支持的最多幀數、每一幀圖像的大小和每一幀圖像相對基址的偏移等屬性；

video_buffer：最底層對緩沖區的描述。圖3為整個的視頻圖像采集流程，視頻圖像的采集程序包括以下流程，一是初始化設備，二是打開設備，三是獲取視頻設備和視頻圖像信息，四是圖像參數設定，五是視頻圖像采集。

視頻數據網絡傳輸模塊本文采用B/S模式，以此模式來實現網絡視頻監控。本文采Boa來搭建Web服務器[10]。Boa 有它自己的特點，首先它支持CGI；其次它是單任務的，它與傳統的web服務器不同，第一，對于每一個連接，它不會去重新啟動一個新的進程，第二，對于二個或者多個連接，它也不會去啟動多個對自身的復制；再次，對于所有在進行活動的連接，Boa只會在內部對它進行相應的處理，而且，對每一個CGI連接，它都會重新去開啟一個進程。Boa支持的CGI公共網關接口適用于各種不同的平臺，是用戶應用程序與Web服務器最常用的通信接口。

5 系統仿真和測試

本文提出的構架方案和實現方案已經通過測試?？蛻舳吮O控界面如圖4所示。整個系統開發不僅簡潔，而且高效，同時成本比較低，穩定性非?？煽?，能夠被移動設備應用，實現實時視頻監控。

參考文獻：

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