基于ARM的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案

隨著嵌入式技術(shù)以及無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線視頻監(jiān)控領(lǐng)域進入了一個嶄新的發(fā)展時期。基于嵌入式技術(shù)的視頻監(jiān)控技術(shù)是一種先進技術(shù)，為視頻監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計開發(fā)提供了一種全新解決方案。

目前，采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)依靠其更低廉的價格、更加靈活的部署方式得到廣大視頻監(jiān)控用戶的青睞，逐漸成為視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展方向之一。在此結(jié)合嵌入式技術(shù)和無線視頻監(jiān)控技術(shù)，本文提出了一種基于嵌入式ARM技術(shù)的無線智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。

0引言

隨著通信技術(shù)、計算機技術(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)域也快速進步。近年嵌入式計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)推動了視頻監(jiān)控的再次進步，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)查看攝像機所采集的圖像從而進行實時的遠程視頻監(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，可以實現(xiàn)無人值守。這種系統(tǒng)成本低，穩(wěn)定度高，具有實時特點，操作和維護便利。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，對于各種特殊場合需求的視頻監(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)計的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可靠性高，視頻信號處理能力強，容易安裝布置并且價格低廉。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計如下，主要有兩部分：一是采用嵌入式ARM芯片的視頻監(jiān)控端；二是計算機視頻接收端。采用嵌入式ARM芯片的視頻監(jiān)控端在該系統(tǒng)中主要負責視頻圖像的處理工作，包括圖像采集，壓縮，圖像運動目標檢測，視頻數(shù)據(jù)的傳輸?shù)取?br />
計算機視頻接收端在該系統(tǒng)中主要負責在計算機系統(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)計方案，方案包含系統(tǒng)的硬件設(shè)計框架和軟件設(shè)計流程，視頻監(jiān)控端程序通過在Linux系統(tǒng)下使用C語言編程來實現(xiàn)，計算機視頻接收端程序直接采用Windows系統(tǒng)下的C語言編程來實現(xiàn)。本設(shè)計中無線智能視頻監(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求，進行連續(xù)的視頻圖像采集。計算機視頻接收端的主要工作是對視頻進行播放和存儲，向視頻監(jiān)控端發(fā)送連接請求，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。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，在虛擬機上安裝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)動加載，完成USB設(shè)備驅(qū)動的修改及移植。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通信的終結(jié)點，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，并且提供了一個面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。視頻監(jiān)控程序主要實現(xiàn)圖像的采集檢測傳輸?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)計實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了視頻監(jiān)控端的圖像傳輸處理等功能。

4計算機視頻接收端應(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運行在ARM終端上采集攝像頭數(shù)據(jù)，然后在計算機上使用視頻播放軟件顯示圖像。接收端應(yīng)用程序為Windows程序，主要是針對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USB無線網(wǎng)卡進行視頻圖像的傳輸，采用JPEG格式的視頻傳輸過程，意味著傳輸?shù)氖且粋€連續(xù)幀的JPEG圖像。計算機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錄像。程序用C語言編寫軟件代碼，用XML來存儲USB采集的視頻信息。計算機視頻接收端應(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入到監(jiān)控范圍的移動物體進行視頻監(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)運行

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

運行過程是先啟動嵌入式目標板ARM視頻監(jiān)控端，如果目標板上連接有USB攝像頭，連接有無線網(wǎng)卡，則系統(tǒng)首先運行嵌入式操作系統(tǒng)，通過驅(qū)動加載命令insmod將攝像頭和網(wǎng)卡的驅(qū)動加載進Linux內(nèi)核，攝像頭驅(qū)動成功后，運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行。然后運行計算機視頻接收端應(yīng)用程序，運行錄像播放軟件，從而整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以正常運行。

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)動程序，利用模塊化程序設(shè)計方法，設(shè)計了基于ARM技術(shù)的無線視頻監(jiān)控端軟件和計算機視頻接收端軟件，并對系統(tǒng)的運行進行了測試，結(jié)果表明，該方案中的整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以正常運行，從而實現(xiàn)了視頻的監(jiān)控。