基于Linux的无线视频监控系统的设计与实现

刘竹林（湖北工业职业技术学院　电子工程系，湖北十堰442000）



基于Linux的无线视频监控系统的设计与实现

刘竹林
（湖北工业职业技术学院电子工程系，湖北十堰442000）

摘要：本系统以ARM处理器和摄像头作为视频监控服务端，完成视频的采集、压缩编码、数据传输等功能；以PC机作为监控终端，完成视频解码、远程视频实时显示、视频保存等功能。通过实验，证明了系统设计的正确与合理；视频清晰连续，系统稳定性好。

关键词：嵌入式；ARM；Linux；视频监控；V4L；RTP/RTCP

0　引言

本文针对视频监控系统的实际需求，设计一个视频采集系统，把采集到的视频在液晶显示屏上实时显示出来并且能够通过USB接口把视频保存U盘中，以达到对某个环境进行实时监测的目的。系统的控制没有采用传统的键盘、鼠标或者网络方式，而是采用触摸屏的方式，用户使用起来比传统的视频采集系统更加方便灵活。整个系统具有结构简单、性能稳定、成本低廉等优点，在油田、油气井现场视频实时监控、智能小区、交通监控和医院病房监护室等领域具有广阔的应用前景。

1　视频监控系统方案介绍

方案1：视频采集芯片+DSP处理器。运算速度快，图像处理能力强但没有操作系统和网络协议栈，功能扩展比较难。

方案2：嵌入式处理器+DSP处理器。运算速度快、图像处理能力强，且有完备的操作系统功能但具有两块芯片，设计、调试、实现较难，系统成本偏高。

方案3：视频采集芯片+嵌入式处理器。摄像头作为视频采集前端，成本低廉，而且基于ARM开发视频采集、编码、网络传输等程序方便灵活。S3C2440主频400M，而且局域网内的网络带宽也很高，实时性良好。

2　监控系统总体硬件结构

本嵌入式网络视频监控系统采用中微星ZC301系列摄像头进行视频采集，采用s3c2440微处理器作为视频采集前端处理器，将视频数据传输到监控终端进行实时监控，根据需要对视频进行存储，在用户控制终端可对多点监控现场视频画面进行切换。本系统主要功能模块如图1所示。

图1　主要硬件模块结构

3　监控系统软件设计

软件模块分为两个部分，包括基于ARM平台的服务端程序和基于PC的监控终端程序。软件模型如图2所示。

图2　软件模块结构

ARM平台作为服务端，负责视频图像采集、编码压缩、视频图像发送等功能；PC平台作为客户监控终端，完成视频图像的接收、视频解码、视频显示、视频存储等功能。功能模块的解决方案如下：

3.1视频采集模块

视频采集是整个视频采集的核心模块。它通过嵌入式Linux操作系统调度V4L（video41inux）和影像设备驱动程序来完成视频捕获。在Linux操作系统中，外部设备都作为设备文件来管理，因此，对外部设备的操作就转变成对设备文件的操作。视频设备文件位于/dev/目录下，一般情况下为video0。当摄像头通过USB接口连接到视频采集终端后，在程序中调用V4LAPIs对设备文件video0的读操作即可实现摄像头视频数据采集。具体流程如图3。

图3　视频采集的流程

3.2视频压缩编码模块

在本设计中，采用最基本的JPEG算法，其主要步骤为：首先，通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余；其次，使用量化表对DCT系数进行量化；最后，采用Huaffman可变字长编码对量化后的DCT系数进行编码，使其熵达到最小。通过实验，数据压缩效果良好，图像压缩率可以达到70%左右。

3.3网络通信模块

主要是接收和发送视频数据，并进行解包和封装。控制指令采用TCP传输协议，视频数据采用RTP/RTCP传输协议。具体流程如图5。

图5　RTP传输流程

3.4视频显示模块

将对从服务端接收的数据进行MPEG-4解码处理，以用于视频显示模块。具体流程如图6所示。

3.5视频文件存储模块

此功能模块主要用于保存视频文件到硬盘，开辟缓冲区存放压缩后的视频数据，线程不断从该缓冲区读取视频数据，然后把这些视频数据保存为avi格式。具体流程如图7所示。

图6　显示视频流程

图7　视频保存流程

4　系统测试结果

本监控系统采用15fps采集视频数据，分辨率为320×240，视频图像实时性较好，视频采集分辨率最高可以达到640×480。对视频图像能够及时备份，备份视频文件播放流畅，画面清晰，达到了预期的设计效果。

参考文献

［1］朱鹏，李春文.基于RTP的网络视频传输系统的设计与实现［J］.计算机工程与应用，2003（26）：18-20.

［2］王永刚，章坚武.3G视频监控系统中关键技术的研究与实现［J］.现代电子技术，2011（34）：56-57.

Design and Realization of Wireless Video Surveillance System Based on Linux

LIU Zhu-lin
（Dept. of Electronics Engineering，Hubei Industrial Polytechnic，Shiyan 442000，China）

Abstract:This system can complete the function of video capture，compression coding，data transmission，video decoding，real time remote video display and video preservation with ARM processor and camera as video surveillance server. Experiment proves that the system design is correct and reasonable，and video performance is clear and the system runs continuously stable.

Key words:embedded；ARM；Linux；video surveillance；V4L；RTP/RTCP

中图分类号：TN47；TP36

文献标识码：A

文章编号：2095-8153（2016）02-0102-03

收稿日期：2016-03-18

作者简介：刘竹林（1980-），男，湖北工业职业技术学院电子工程系副教授，硕士，研究方向：嵌入式技术。