新型嵌入式网络视频监控系统的设计

林立忠，张惠涛，段丽英

LIN Li-zhong, ZHANG Hui-tao, DUAN Li-ying

（石家庄学院 计算机系，石家庄 050301）

0 引言

视频监控技术是一门集计算机技术、网络技术和数字视频技术于一体的综合技术。计算机技术和多媒体技术的迅速发展，以及自动控制和多媒体技术也融入到视频监控系统中，监控技术也得到了迅速发展。过去的视频监控系统多数以模拟图象信息为主，由于对图象的处理和传送均采用模拟技术，不仅图象质量低，而且系统资源浪费严重，不易组成复杂的网络结构，监控功能可扩展性差。该嵌入式网络视频监控系统结合了嵌入式、网络、图像处理与数字视频技术于一体，意义明显，不但有助于我们解决传统监控系统的缺点，提高监控系统功能，而且更是有实际意义，例如，国际反恐形势、2008奥运、国内城镇化与城市建设、部分应用领域安全事故频发等，这些方面都需要有新一代的监控系统保证。

1 系统设计方案

因为要实现网络远程视频监控功能，系统软件结构模型采用了典型的两层结构的客户机—服务器(Client-Server)模型，这种形式的C/S结构分为两层：第一层是在客户机系统上结合了用户界面与业务逻辑；第二层是通过网络结合了数据服务器。这种C/S结构中，客户机直接向服务器提出访问请求，服务器根据请求结果做出相应的反应，并将结果返回给客户机。在这种C/S模型结构中，服务端从一开机就启动服务程序并处于等待状态，这样能保证服务器随时都能接受客户端的请求[1]。

如图1所示，本文设计的嵌入式视频监控系统采用C/S结构模型。服务器采用稳定的Linux2.6.14作为软件开发平台。根据系统要求移植了相应的驱动程序，裁剪了内核中其他无用的功能模块，这样减少了操作系统的大小，节省了空间，提高了稳定性以及运行的速度。

图1 嵌入式监控系统软件模型图

在传输协议方面，采用RTP/RPFCP传输视频数据，采用TCP传输控制指令。

在显示方面，采用浏览器显示，非常方便，实现了客户端与平台无关。

在Linux操作系统之上的是应用程序模块，主要包括，视频服务器管理模块，图像采集模块，编码模块，控制模块，网络传送模块，视频存储模块[2]。

2 视频监控系统的实现

2.1 网络视频监控系统的硬件架构

图2 系统硬件结构图

由图2可见其主要分为以下几个部分：

核心处理器：MCU时钟频率需要高于400MHz，它作为系统的中央处理器完成主要的逻辑运算，并提供了基本的外围接口电路和外围设备控制器。

存储设备：存储设备主要包括了SDRAM、NANDFLASH和NORFLASH。SDRAM相当于PC机的内存，操作系统需要加载到SDRAM后才能正常运行，FLASH相当于ROM，用来存贮Bootioader和操作系统。

网卡接口：采用DM9000网络控制芯片，为远程网络控制提供支持。

USB Host接口：用于和USB接口的摄像头实现连接。

调试模块：JTAG用来下载Bootfoader和在线调试程序，RS232接口用来输出打印信息。

2.2 软件平台的设计

网络视频监控的具体实现，启动嵌入式系统上的服务程序，服务程序等待客户端的连接，如果有客户端连接请求，服务端不断的将从摄像头采集的实时视频数据压缩处理，然后通过基于JRTPLIB库的RTP/RTCP协议传输到一组播地址，客户端加入该组播，不断获取视频数据，解码显示出来从而实现实时监控。其流程如图3所示：

图3 网络视频监控实现流程

根据上面的流程分析可知，加上以后维护及扩展性的考虑，应用程序模块主要包括如图4所示：

各功能模块说明如下：

1）网络通信模块：主要是接收和发送数据，并进行解包和封装，网络通信模块对于控制指令及数据指令采用不同的方式进行管理。控制指令采用TCP/IP传输协议，数据传送为了保证实时性采用RTP/RTCP传输协议[3]。

图4 视频监控系统功能模块

2）管理模块：主要是对各种各个模块都需要的资源进行管理，同时还对各模块之间提供相应的数据交换接口。

3）视频采集模块，主要任务是：

(1)初始化USB摄像头，启动采集线程程序，采集到图像数据后放到一环行缓冲区，以供视频压缩模块使用。

(2)接受控制管理指令，例如改变采样速率、分辨率大小，颜色等等。

4）视频压缩编码模块：主要的任务是接受视频采集模块的数据，进行相应编码压缩，压缩后的视频数据也存放在该模块的环形缓冲区。

5）视频显示模块：在浏览器采用Java Applet应用程序显示视频，主要代码有：

6）控制模块：主要任务是管理控制指令，例如定期发送“心跳信号”查询在线客户端情况、改变采用的颜色等等指令。

7）视频文件存储模块，主要任务是：

(1)保存视频文件到USB硬盘，如果没有磁盘空间就不保存，启动线程删除过期的视频文件。

(2)设置定时器，定期检查硬盘空间使用情况，删除过期视频文件。

8）日志管理模块：对各种操作、程序的状态、各种异常情况进行日志一记录。以方便后来查询。由于篇幅原因，不详细介绍每个模块的实现过程，详细介绍视频采集模块、网络通信模块、视频显示模块以及视频文件保存模块的实现[4]。

3 结论

采用C/S结构方案的优点在于每一个网络摄像机都有一个独立的嵌入式Web服务器，因此每一个网络摄像机都具有独立的IP地址，可以被上层系统通过网络任意访问。而且每个摄像机都是独立工作，独立传输，它们之间不存在任何的隶属关系，各个单元都能独立完成各自的任务而不受其它单元的干预，同时，各个单元之间也能较好的保证在线扩展、在线维护和容错，可靠性高，符合网络测控的要求。实验结果表明该系统具有先进性、可靠性、安全性、可维护性、可扩展性等优点，这种视频监控系统除应用于远程网络实验系统中，也可以应用在其它如交通监管，医院病床监护等各种设备之间距离较大的情况，具有广泛的发展空间。

[1]何腆举,陈明,段磊强,等.基于嵌人式Web服务器的远程视频监控系统[J].测控技术,2004,23(6).

[2]赵方鹏,杨建华,赵忠,等.基于嵌入式Linux的网络视频监控系统[J].测控技术,2007,26(5)：55-57.

[3]康宗明,谢时根,谢攀,等.基于网络的嵌入式远程图像监控系统分析与设计[J].电视技术, 2002(8)： 79-81.

[4]吕丽刚,谢晓竹.远程视频监控中的目标检测和多播传输[J].微计算机信息,2007,24(5-3)：306-307.