基于WEB的远程视频监控系统的设计

王民川

摘要：随着网络通信技术和嵌入式技术的发展，基于嵌入式Web服务器的视频监控系统已成为监控领域的发展趋势。文章以动态数据交互技术和移动通信技术为基础，设计了一种基于Web服务器的B/S方式的远程视频监控系统，并引入了3G无线模块的方案，为后续研究奠定了基础。

关键词：视频监控：嵌入式Web； Linux； 3G无线通信

随着摄像设备价格逐渐下降，计算机运算速度加快和网络传输速度的提升，基于网络的视频监控技术得到了迅猛的发展。利用嵌入式技术对音像信息采集并对音像等现场信息进行压缩等相应处理，然后通过无线通信技术传输到互联网上。远程用户通过互联网远程管理和使用当前监控信息。本系统通过采用无线通信方式，对信息点的布置更加合理，同时减少了有线方式下没有必要的物理线路，克服了传统系统只能用于固定现场的监视的局限。

1 总体方案设计及平台搭建

本文监控系统具有家庭小型应用的特点，数据量不大，需要成本低廉，简单易用，维护方便，因此，本文的视频监控系统采用B/S结构。嵌入式系统一般都是在通用计算机上编写好程序，然后进行交叉编译，获得二进制代码格式才能在目标设备上运行，在一定程度上是一个受限制的系统。本系统的嵌入式设备考虑到源代码的学习性和家用设备成本问题，采用了开放源代码、高性能可剪裁内核、网络功能优秀的Linux系统。具体的硬件平台连接如图l所示。

2 视频采集模块的设计与实现

本监控系统由多个功能模块构成，视频服务器部分主要涉及基于V4L2的图像采集，以及建立嵌入式Web服务器、接口程序和建立视频数据库3个部分功能。

2.1 基于V4L2的视频采集模块设计

V4L （Video for Linux）是建立在开放源代码系统Linux内核中的视频设备的API接口，包括视频设备的开关、视频信息的采集及处理。USB摄像头在Linux中属于字符设备，成功加载了USB摄像头驱动程序后，插入摄像头就会生成设备文件“/dev/vide0（）”。因此，在应用程序中通过读写该文件来获取摄像头采集的图像数据信息并给予处理。

对于系统中用到的USB接口摄像头，它的输入/输出接口函数open（）、read（）、write（）、close（）可以通过USB接口摄像头的驱动程序来实现，而对于内存映射、中断处理以及输入/输出通道的控制可以通过接口函数ioctl（）来实现，并固化在struct fileoperations文件中。这样当进行open（）等系统调用操作时，Linux操作系统内核就可以通过fileoperations结构访问USB摄像头的驱动程序提供的函数。

2.2 视频编码

FFmpeg是一个高效而且具有可移植性的编码软件，FFmpeg的开发是基于Linux操作系统的，最适合移植到嵌入式系统，FFmpeg具有一套完整的录制、转换以及流化音视频的解决方案。FFmpeg本身具有非常先进和独特的音频/视频编解码库libavcodec，很多代码都是独自开发的。FFmpeg虽然是在Linux操作系统平台下开发的，但它也可以在其他操作系统环境中运行，当然也包括Windows。

2.3 视频数据库

本系统采用了轻型嵌入式数据库soLite对视频数据进行管理，它具有支持soL、免费小巧、速度快、支持soL92标准、可移植性好、支持ACID事务、API简单等特性。

soLite包括几个组件：soL编译器、内核、后端以及附件。soLite通过虚拟机和虚拟数据库，使soLite的内核操作变得更加便捷。把所有的soL语句编译成可以在soLite虚拟机中执行、易读的程序集。

2.3.1

SQLite数据库的设计

嵌入式Web服务器端的应用程序是建立在CGI基础之上的。因此本文中soLite的应用开发也是应用CGI程序建立、访问、更新soLite数据库的。可以分为3步来完成：（l）建立一个后端数据库；（2）通过HTML文档制作一个Web页面及内建表单；（3）编写CGI程序。

2.3.2

SQLite的编译与移植

本文中采用了soLite-2.8.16。在开发主机上编译和移植的步骤：（l）解压压缩包源码。将生成sglite-2.8.16目录，另外再新建一个与sqlite平级的目录：build目录。（2）修改sqlite-2.8.16/src /sqliteint.h。为了保证在arm-linux体系结构中B.tree有正确的变量大小，如“ptr”和“char”，还需要对源码作一定的修改。（3）修改sqlite-2.8.16目录下的configure文件。这样在配置时不去检查交叉编译环境，执行configure命令，进行系统配置。然后在sqlit earm-linux目录下输入命令：../s qlite/configure-host=arm-linux，这样在sqlite-arm-linux目录中就将生成Makefile和一个libtool脚本，这些将在make时用到。（4）修改Makefile文件。将GCC=GCC-g-02，改成：GCC=arm-linux-gcc-g-02。由于是将soLite放到Arm-linux的开发板上运行，所以一般将其编译成静态链接的形式。所以继续修改Makefle，找到sqlite代码段，将其中的“libsqlite.la”，改成“.libs/libsglite.a”。（5） make，make install。安装完毕，接下来可以在开发板上挂载主机执行./sqlite，并应用soL命令了。

3 Web服务器的搭建与数据的传输

本设计采用嵌入式Web服务器的B/S结构，并和客户端专用监控软件相结合，形成一个完整的网络视频监控系统。系统把视频服务器采集到的视频数据经过压缩编码，封装后通过3G网络传输到客户端浏览器上，客户通过访问视频服务器的IP地址，对视频数据库进行访问、查询、删除等操作。

3.1 嵌入式Web服务器的构建

基于嵌入式Web的远程监控的设计思想就是在系统前端固化设备中实现HTTP服务，生成Web Server嵌入到设备中，为用户提供基于Web的管理接口。

本系统选用快速安全的Boa服务器。Boa服务器的体系结构如图2所示。

3.2 3G无线网络视频传输

3G （3rd-generation，3G）服务能够同时传送声音及数据信息，能够提供高速数据业务是其代表性特征，速率一般在几百kbps以上。本设计从发展的角度考虑，提出了3G视频传输的方案，通过比较，决定采用大唐电信的DTM6211的GPRS双模无线模块作为视频传输的载体，可以满足3G和2G网络过渡需求，该模块支持TDSCDMA与GSM之间的自动无缝跨网切换，在TDSCDMA制式下，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持USB和UART这2种通信接口，可以满足不同主控设备的需求；采用2.9mm装配高度的超薄设计，内部集成H.324协议栈，可方便应用于智能手机中，使得视频通话更为简单。同时，集成TCP/IP协议，可以方便地连接互联网。