基于嵌入式系统的网络视频监控系统设计

图 １ 视频监控 系统总体框架图 ２ 系 统 设 计
完整 的基 于嵌 入式 的 的远 程视 频监控 系统 硬件 资源 主要 由 ＴＱ２４４０开发板 、ＵＳＢ摄像头 、ＷｉＦｉ无线 网卡组 成 ，软件 方面 主要是 Ｌｉｎｕｘ系统设计 ，客户端 则通过 上位机 浏览器 或者 手机 端软件进行视频数据查看 。 ２．１ 系统硬件设计
本网络视频监控 系统硬 件部分 采用 核心板 加底 板 的模式 开发 ，核 心 板 采用 的是 ￥３Ｃ２４４０核 心 板 ，底 板 设 计 主要 包 括 ＬＣＤ接 口电路 、ＵＳＢ摄像 头接 口电路 、串 口电路 、核心板 接 口电 路、复位 电路 、电源 电路等 。
￥３Ｃ２４４０核心 板采 用 了 ＡＲＭ９２０Ｔ内核 ，ＡＲＭ Ｖ７指令集 ， 主频 可达４ ０００ ＭＨｚ，３２位 内部 总 线结 构 ，可 以实 现 ４５０ ＭＩＰＳ
定 性 。 ２．２ 系统 软 件 设 计
软件部分 ，视频服务软 件需 要从 ＵＳＢ摄像头采集前端 获取 视频数据 ，再将采 集 的视频 数据经 过一 定 的处理 发送 给用 户。
Ｗｒ ｉｔｅ（） Ｍｍａｐ（）
向设备 中写入数据 映射 内核 地 址 到 用 户 空 间
Ｖ４Ｌ２接 口提 供 两 种 方 式 进 行 视 频 数 据 采 集 。一 种 是 ｒｅａｄ（）直 接 读 取 方式 ，不 断 地 在 内 核 空 间 和 用 户 空 间拷 贝 视 频 数 据 ，虽然这种方 式使 用较为 方便 ，但是 占用 了大 量 的用户 内 存 空间 ，效率不是很高 。另一种方法 是 ｍｍａｐ（）内存 映射方 式 ， 将 申请到 的内核缓 冲区地址通过 ｍｍａｐ函数 映射到 用户空 间 ， 这样就可 以直接对 内核缓 冲区的数据进行 处理 了，这是一 种相 当有效 的方式 。
２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ，ａｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｒｅｍｏｔｅ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏ— ｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｉｎｕｘ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｉｎｕｘ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ￥３Ｃ２４４０ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｐｌａｔ ｆｏｒｍ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ Ｗ ｅｂ Ｂｏａ ｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｌａｔｆｏｒ ｍ ，ａｎｄ ＴＣＰ／ＩＰ ｓｏｃｋｅｔ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＳＢ ｃａｍ ｅｒａ，ｉｍ ａｇｅ ｄａｔａ ｗａｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｎｄ ｗａｓ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ ｃｌｉｅｎｔ．Ｔｈｅ ｃｌｉｅｎｔ ｃａｎ ｒｅｃｅｉｖｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｆｒａｍｅ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ，ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｃａｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｒｏｗｓｅｒ，ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｓｙｓ— ｔｅｒ ｎ ｉＳ ｓｔａｂｌｅ。ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｃａｎ ｌ＇ｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｉｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ；￥３Ｃ２４４０；Ｂｏａ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｌｉｎｕｘ
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（６１２７４４９，６１２０１２１２） 收稿 日期 ：２０１５－０４—１３
的高性 能运算能力 。基 于 ＡＲＭ９２０Ｔ内核 的处理器在 进行人机 交互设 备管理 、支持 ＯＳ等方 面拥有 比较 明显 的优势 。对 应 的
硬件模块 电路如 图 ２所示 。
接 口。
２．２．２ Ｖ４Ｌ２信 号采 集设 计
图 ３ ＵＳＢ 电 路
２．１．２ ＷＩＦＩ无 线 网卡 模 块 ＷＩＦＩ无 线 网卡选 择型号 为 ＴＬ－ＷＮ３２１Ｇ＋ＷｉＦｉ无线 网卡 ，
此无 线网卡总线接 口采 用 ＵＳＢ方式 ，内置智 能天 线 ，可 以提 供 可靠 、快速 的无 线访 问能力 ，最大发射 功率 ２０ ｄＢｍ，工作频率范 围 ２．４～２．４８ ＧＨｚ，在环境 尚佳 的情况下覆盖 范围室外最 远可达 到 ３００ ＩＴＩ，室 内最 远 可 达 到 １００ １３３。 ２．１．３ 底 板 设 计
２０１６年 第 ２期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１６
Ｎｏ．２
基 于嵌 入 式 系统 的 网络 视频 监 控 系统 设 计
陈张 荣 ，贾俊 铖，严建峰
（１．苏州 高等职业 技术 学院 ，江苏苏州 ２１５００８；２．苏州大学 车联 网研 究所 ，江苏苏州 ２１５００８）
０ 引 言
据信息发送到服务器上 ，客户端 通过登 录固定地址 即可实现实
近年来 ，视频监控 系统 被广 泛应用 于外 贸 物流 、交 通监 控 时监控 。本系统总体架构如 图 １所示 。
和 生产管理 等重要领 域 … 。但 是 由于传统 的视频 监控 系统 存
在着传输距 离有 限，实 际布线 量大 ，模 拟 图像 质量 不高 且易 受
本系统使用 的摄像 头驱 动是 Ｌｉｎｕｘ下通用 的 ｓｐｃａ５ｘｘ，选用 的摄像头驱动 版本为 ｓｐｃａ５ｘｘ—ｖ４１１ｇｏｏｄｂｙｅ．ｔａｒ．ｇｚ。由于 内核 中
没有对 ＺＣ３０１Ｐ芯片的支持 ，所 以需 要修 改内核源码 ，添加驱 动
支持该设 备。本系统采用了驱动模块 的方式 ，只需要将 摄像 头
驱动程序编译成 内核模 块 ，通过 ｉｎｓｍｏｄ命令 加载模 块 ，即可 加
载摄像头驱动 。视频设备在 Ｌｉｎｕｘ中使用时也可 以像访 问普通
文件一样 对 其 进 行 读 写 等 操 作 ，摄像 头 设 备 文 件 对 应／ｄｅｗ
ｖ４１２／ｖｉｄｅｏ０文件 下。Ｖ４Ｌ２是 Ｌｉｎｕｘ下 可 供 视 频 编 程 的规 范
表 １ Ｖ４Ｌ２常 用 函数
操作 函 数
函数 功 能 描 述
Ｏｐｅｎ（）
打开 视 频 采 集 设 备
底板 电路设计 部分是整个硬件 电路设 计 的关 键部分 ，同时
Ｃｌｏｓｅ（）
关 闭视频采集设 备
具备 高频 电路和数 字 电路 的特 点 。为 了将 印刷 电路 板 上 的噪
Ｉｏｃｔｌｆ１
的地 端 ； （５）布线时尽量避免 ９０。折线 ，减少高频噪声发射 ； （６）滤波电容放置在芯片 的背 面 ，尽量靠 近芯 片电源 和地
的引脚 ； （７）晶振 布 置时尽 量 靠 近芯 片 引脚 ，晶振 外壳 接 地并 固
定 ，同时时钟区用地线隔离起来 ； （８）布 线 结束 后 ，对 焊 盘做 泪滴 处 理 ，以增 强信 号 的稳
Ｖ４Ｌ２（Ｖｉｄｅｏ Ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ ｔｗｏ）是 Ｌｉｎｕｘ系统下 视频设 备驱 动 程 序接 口规范 ，为上层 应用程 序提 供 了一 系列 的接 口函数 ，可 实现对视频设备 的操 作 ，进 而 完成 视频 图像 的采 集 。Ｖ４Ｌ２对 设备文件 的操作方法 比较简单 直观 ，表 １中的 函数 可 以在应用 程序 中直接调用 ，具体功能如下 。
设 置 视 频设 备 属性
声 干扰降到最低 。在本设计 中，采 用了 以下 几个方 面的 电路 板
Ｒｅａｄ（）
从设备中读 取数据
抗 干 扰 设 计 技 术 ： （１）电源和地线采用粗导线 ，降低毛刺噪声影响 ； （２）地线构成死循环 回路 ，从而减少地线 电位差 ； （３）布局时采用模块化 的方式 ； （４）布线 时将数 字地 和模 拟地分开 走线 ，最终连接 到 电源
摘要 ：为 了解决传统视频监控 系统存在 的诸 多问题 ，提 出了一 种基 于嵌 入 式 Ｌｉｎｕｘ远 程视 频监控 系统。 系统 以嵌入 式 Ｌｉｎｕｘ和控制器 ￥３Ｃ２４４０为核 心平 台，通过嵌入 式平台建立 Ｗｅｂ服务 器 Ｂｏａ和视 频服 务 器，利用基 于 ＴＣＰ／ＩＰ的 ｓｏｃｋｅｔ 编程 实现 网络通信 ，将 ＵＳＢ摄像 头采集的图像数据 进行压 缩并 通过 网络 传输传 送到视频 服务 器客户 端。客户 端可接收 连续帧 图像 并完成显示 ，用户可通过 浏览器、手机端 实现远程监 控。测试 结果表 明：该 网络视频 监控 系统稳 定可靠 ，图像 实 时 准确 。 关 键 词 ：视 频 监 控 系统 ；￥３Ｃ２４４０；Ｂｏａ；网络 通 信 ；Ｌｉｎｕｘ 中 图分 类 号 ：ＴＰ２７３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００２—１８４１（２０１６）０２—００３９—０３
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｆｅｂ．２０１６
因此 ，需要创建输入输 出两个线 程。其中输入线 程主要 实现采 集视频数 据功能 ，输 出线 程则 主要 用于 响应来 自用 户 的请 求 ， 并向用户传输视频 图像 数据 。输 入输 出线程 之 间共享 内存 通 信 ，输入线程将 图像视 频数 据写 入共享 内存后 ，输 出线 程从 共 享 内存 中读取数 据再进 行传 输 。。视频 采集传 输程 序整 体设 计 结 构 如 图 ４所 示 。