基于ARM Cortex-A8的无线视频监控系统的设计与实现方法

刘 恒

（安徽职业技术学院 机电工程学院，安徽 合肥230011）

关键字：ARM；Linux；视频监控；AES

0 引言

随着人工智能、嵌入式技术、物联网和大数据技术的发展，有线传输视频监控领域的产品和技术将变得高清化、智能化和网络化[1]。相比之下，无线视频监控更容易部署，网络建设的整体成本更低、更方便的优势将得到较大地发挥。在5G技术影响下，无线视频监控将进入快速发展时期，其结果必将带来安防领域的重大变革。但目前有些技术还不成熟，许多视频监控系统都存在数据传输不加密、应用程序不安全等缺陷。

1 系统设计方案

本文设计了一个基于smart 210 Cortex-A8平台和嵌入式Linux系统的无线视频监控系统。系统的架构如图1所示。

图1 系统架构图

其中视频监控系统采集端包含图像采集、图像压缩、数据加密和图像传输4个部分。采集端通过摄像头采集视频图像信息，视频加密部分实现数据的对称加密。通过无线方式与局域网相连，并通过网络方式传输信息，客户端可以在任何地方观看视频和图像。

2 视频监控设计方案

2.1 视频采集、视频压缩

本文使用基于ZC3xx芯片的USB摄像头，在内核编译之前应该选择USB摄像头相应的驱动。V4L2体系架构是现阶段使用最广泛的摄像头软件架构，整个架构包含4个组成部分[2]。

1.用户空间的应用程序：本文图片的抓取部分主要通过移植开源软件来实现，在此基础上实现图片压缩。

2.V4L2核心组件（驱动核心）：核心组件向应用程序提供标准的编程接口，来实现对硬件的操作。

3.具体的V4L2驱动：本文选择ZC3XX相应的驱动。

4.底层硬件：摄像头。

V4L2接口有两种途径来获取图片信息，第一种方法是调用read（）函数。第二种方法是mmap（）内存映射[3]。本文采用第二种方式，通过帧缓冲出队列获得图片信息，之后帧缓冲重新入队列进行图片信息的采集。

2.2 数据加解密

由于无线网络的开放性，其安全问题往往是用户最为重视的方面，在许多特殊的领域需要加密保护视频。目前常见的视频加密算法在安全性、复杂程度上各有优势和不足之处。在完全加密中，分组密码是现在使用最广泛的密码机制[4]。在DES加密算法基础上，AES加密算法又做了进一步改进，具有极高的安全性。在视频加密过程中采用基于算法描述的软件方式进行AES加密。加密过程中对抓拍得到的图片不加区分地全部加密，也就是按照普通数据文件来加密图片，而不考虑视频本身特点，属于完全加密。AES加密过程中，分组长度128bit，加密秘钥由随机数生成，密钥长度128bit，进行10轮迭代。加密过程如图2所示。

图2 AES加密过程

AES加密方法安全性极高，但因为加密过程属于完全加密，加密数据过多，加密计算复杂度较大，会造成一定的系统开销。从效率来看，加解密过程都存在一定程度的耗时，适用于实时性要求不高的场合。

2.3 视频传输

在无线通信技术快速进步的背景下，接入网的使用越来越广泛。无线视频监控系统摒弃了传统的布线方式,它是以无线网络为载体，通过套接字技术来实现视频传输的监控系统[3]。本文监控端所使用无线网卡芯片型号为RTL8192CU，依次进行内核配置，wpa_supplicant工具移植，然后启动USB WiFi网卡，即可成功连接到网络。相关配置文件如图3所示。

图3 wifi配置文件

3 系统测试与性能分析

硬件连接好之后，首先在开发板运行服务器程序。在监控端输入开发板的IP和端口，登陆之后经过AES解密处理，可以看到捕捉到的视频，效果如图4所示，可见无线视频监控系统的设计达到了预期的效果。无线视频监控系统在设计过程中实现了基本的图像采集、加密和传输功能。本系统可通过电脑、手机等多种终端访问监控视频。视频加密方案还需要进一步研究改进，从而实现更安全，高效的视频加密。另外，设计更加方便的用户界面，进一步实现智能监控，将成为今后的主要工作。

图4 监控客户端效果图

4 结束语

本文讨论了基于smart210开发板的无线视频监控系统的设计过程，给出了系统中的视频图像采集、加密和传输方案。在视频系统中，用户可以在客户端播放监控视频，以达到实时监控的目的。通过图像加密与解密，可以实现数据的安全传输。整个系统使用灵活，可用于生产和生活的很多方面，包括安防领域，如平安城市建设、矿山开采等，具有较好的应用价值。