基于ARM的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案

0 引言

隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的發(fā)展，視頻監(jiān)控領(lǐng)域也快速進(jìn)步。近年嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)推動(dòng)了視頻監(jiān)控的再次進(jìn)步，出現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，利用嵌入式芯片完成視頻的壓縮傳輸及處理，該芯片具有強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，芯片處理后可將視頻直接連入網(wǎng)絡(luò)。利用這種方式，使用者可通過網(wǎng)絡(luò)查看攝像機(jī)所采集的圖像從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，利用嵌入式技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)易安裝、體積小，可以實(shí)現(xiàn)無人值守。這種系統(tǒng)成本低，穩(wěn)定度高，具有實(shí)時(shí)特點(diǎn)，操作和維護(hù)便利。嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜合了無線通信技術(shù)與嵌入式技術(shù)，從以往的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來，該系統(tǒng)節(jié)省了大量的網(wǎng)絡(luò)布線費(fèi)用，采用嵌入式技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)小巧靈活，對(duì)于各種特殊場(chǎng)合需求的視頻監(jiān)控能夠滿足應(yīng)用要求。本文提出一種基于嵌入式技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。利用該方案設(shè)計(jì)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可靠性高，視頻信號(hào)處理能力強(qiáng)，容易安裝布置并且價(jià)格低廉。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下，主要有兩部分：一是采用嵌入式ARM芯片的視頻監(jiān)控端;二是計(jì)算機(jī)視頻接收端。采用嵌入式ARM芯片的視頻監(jiān)控端在該系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)視頻圖像的處理工作，包括圖像采集，壓縮，圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，視頻數(shù)據(jù)的傳輸?shù)取?/p>

計(jì)算機(jī)視頻接收端在該系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中接收和保存圖像。

本文給出了基于嵌入式ARM技術(shù)的無線智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，方案包含系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框架和軟件設(shè)計(jì)流程，視頻監(jiān)控端程序通過在Linux系統(tǒng)下使用C語言編程來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)視頻接收端程序直接采用Windows 系統(tǒng)下的C 語言編程來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)中無線智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用C/S模式，基于TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)視頻圖像傳輸。ARM視頻監(jiān)控端的主要工作是等待PC視頻接收端的連接請(qǐng)求，進(jìn)行連續(xù)的視頻圖像采集。計(jì)算機(jī)視頻接收端的主要工作是對(duì)視頻進(jìn)行播放和存儲(chǔ)，向視頻監(jiān)控端發(fā)送連接請(qǐng)求，接收、顯示視頻。

該系統(tǒng)的硬件框架如圖1所示。

系統(tǒng)的軟件框架如圖2所示。

2 嵌入式Linux 系統(tǒng)構(gòu)建

無線智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻監(jiān)控端采用三星公司基于ARM 體系結(jié)構(gòu)的芯片S3C2440 作為處理器，在使用該處理器的硬件系統(tǒng)上構(gòu)建了嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為應(yīng)用程序的開發(fā)平臺(tái)。嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建過程主要是建立嵌入式交叉編譯環(huán)境，首先安裝虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上安裝Linux 操作系統(tǒng)，安裝交叉編譯工具，內(nèi)核編譯移植，建立NFS網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載，完成USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)的修改及移植。嵌入式Linux系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 ARM視頻監(jiān)控端程序?qū)崿F(xiàn)

ARM 的視頻監(jiān)控端程序采用套接字Socket 編程，Socket是獨(dú)立于具體協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口，在TCP/IP模型中，主要位于傳輸層和應(yīng)用層之間。它支持TCP/IP協(xié)議，是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，有連接通信的Sock-et編程如圖4所示。

套接字可以作為主機(jī)通信的終結(jié)點(diǎn)，它是Socket應(yīng)用程序用來在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的對(duì)象，它可用作網(wǎng)絡(luò)間的編程界面。視頻監(jiān)控端程序采用流式套接字接口編程實(shí)現(xiàn)，提供沒有記錄邊界的字節(jié)流，字節(jié)流能夠以正確的順序無重復(fù)地被送達(dá)，并且提供了一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。視頻監(jiān)控程序主要實(shí)現(xiàn)圖像的采集檢測(cè)傳輸?shù)裙δ?。視頻監(jiān)控端程序流程圖如圖5所示。

圖像視頻監(jiān)控端程序通過Linux Socket設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控端的圖像傳輸處理等功能。

4 計(jì)算機(jī)視頻接收端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)

視頻監(jiān)控采用servfox流媒體服務(wù)器來作監(jiān)控服務(wù)器，servfox運(yùn)行在ARM終端上采集攝像頭數(shù)據(jù)，然后在計(jì)算機(jī)上使用視頻播放軟件顯示圖像。接收端應(yīng)用程序?yàn)閃indows程序，主要是針對(duì)ARM-LINUX 下的視頻捕捉軟件Servfox而寫的。視頻捕捉軟件通過USB采集JPEG 圖像，通過一個(gè)USB 無線網(wǎng)卡進(jìn)行視頻圖像的傳輸，采用JPEG格式的視頻傳輸過程，意味著傳輸?shù)氖且粋€(gè)連續(xù)幀的JPEG圖像。計(jì)算機(jī)視頻軟件接收端的功能是接收視頻監(jiān)控端所發(fā)的圖片并在圖片在窗口顯示的同時(shí)錄像。程序用C 語言編寫軟件代碼，用XML 來存儲(chǔ)USB采集的視頻信息。計(jì)算機(jī)視頻接收端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了視頻播放的控制，包括視頻的開始、停止和暫停，實(shí)現(xiàn)了攝像頭的控制，包括攝像頭的添加、更新和刪除，還能夠?qū)M(jìn)入到監(jiān)控范圍的移動(dòng)物體進(jìn)行視頻監(jiān)控和視頻錄制。視頻接收端程序流程圖如圖6所示。

5 系統(tǒng)運(yùn)行

本系統(tǒng)運(yùn)行過程通過超級(jí)終端連接計(jì)算機(jī)和開發(fā)板，利用串口傳輸數(shù)據(jù)，通過超級(jí)終端可以監(jiān)控目標(biāo)板信息，也可以向目標(biāo)板傳輸命令，控制目標(biāo)板操作。

運(yùn)行過程是先啟動(dòng)嵌入式目標(biāo)板ARM 視頻監(jiān)控端，如果目標(biāo)板上連接有USB攝像頭，連接有無線網(wǎng)卡，則系統(tǒng)首先運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，通過驅(qū)動(dòng)加載命令insmod將攝像頭和網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)加載進(jìn)Linux內(nèi)核，攝像頭驅(qū)動(dòng)成功后，運(yùn)行視頻采集的視頻監(jiān)控端程序servfox,視頻采集就能夠正常運(yùn)行。然后運(yùn)行計(jì)算機(jī)視頻接收端應(yīng)用程序，運(yùn)行錄像播放軟件，從而整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以正常運(yùn)行。

6 結(jié)語

本文給出了一種基于嵌入式ARM技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。建立了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的交叉編譯環(huán)境，進(jìn)行了操作系統(tǒng)移植，編譯并通過了嵌入式操作系統(tǒng)下無線網(wǎng)卡和USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)程序，利用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了基于ARM 技術(shù)的無線視頻監(jiān)控端軟件和計(jì)算機(jī)視頻接收端軟件，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，該方案中的整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了視頻的監(jiān)控。