基于ARM技術的無線視頻監控系統設計

摘 要： 隨著嵌入式技術以及無線通信技術的發展，無線視頻監控領域進入了一個嶄新的發展時期。基于嵌入式技術的視頻監控技術是一種先進技術，為視頻監控設備的設計開發提供了一種全新解決方案。目前，采用無線網絡技術的視頻監控系統依靠其更低廉的價格、更加靈活的部署方式得到廣大視頻監控用戶的青睞，逐漸成為視頻監控技術的發展方向之一。在此結合嵌入式技術和無線視頻監控技術，提出了一種基于嵌入式技術的無線智能視頻監控系統解決方案。

關鍵詞： 嵌入式技術； ARM； 無線通信； 視頻監控

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0107?03

0 引 言

隨著通信技術、計算機技術、數字視頻技術、網絡技術等高科技的發展，視頻監控領域也快速進步。近年嵌入式計算機技術和網絡技術的開發推動了視頻監控的再次進步，出現了基于嵌入式技術的無線網絡視頻監控系統。無線網絡視頻監控系統采用多任務嵌入式操作系統，利用嵌入式芯片完成視頻的壓縮傳輸及處理，該芯片具有強大的數字處理功能，芯片處理后可將視頻直接連入網絡。利用這種方式，使用者可通過網絡查看攝像機所采集的圖像從而進行實時的遠程視頻監控。與其他監控系統相比，利用嵌入式技術的無線視頻監控系統易安裝、體積小，可以實現無人值守。這種系統成本低，穩定度高，具有實時特點，操作和維護便利。嵌入式無線視頻監控系統綜合了無線通信技術與嵌入式技術，從以往的監控系統發展而來，該系統節省了大量的網絡布線費用，采用嵌入式技術的無線視頻監控系統小巧靈活，對于各種特殊場合需求的視頻監控能夠滿足應用要求。本文提出一種基于嵌入式技術的無線視頻監控系統解決方案。利用該方案設計的無線視頻監控系統穩定性高、可靠性高，視頻信號處理能力強，容易安裝布置并且價格低廉。

1 系統總體結構設計

嵌入式視頻監控系統總體的結構設計如下，主要有兩部分：一是采用嵌入式ARM芯片的視頻監控端；二是計算機視頻接收端。采用嵌入式ARM芯片的視頻監控端在該系統中主要負責視頻圖像的處理工作，包括圖像采集，壓縮，圖像運動目標檢測，視頻數據的傳輸等[1]。計算機視頻接收端在該系統中主要負責在計算機系統中接收和保存圖像。

本文給出了基于嵌入式ARM技術的無線智能視頻監控系統總體設計方案，方案包含系統的硬件設計框架和軟件設計流程，視頻監控端程序通過在Linux系統下使用C語言編程來實現，計算機視頻接收端程序直接采用Windows系統下的C語言編程來實現。本設計中無線智能視頻監控系統利用C/S模式，基于TCP/IP協議來實現視頻圖像傳輸。ARM視頻監控端的主要工作是等待PC視頻接收端的連接請求，進行連續的視頻圖像采集。計算機視頻接收端的主要工作是對視頻進行播放和存儲，向視頻監控端發送連接請求，接收、顯示視頻。該系統的硬件框架如圖1所示。

2 嵌入式Linux系統構建

無線智能視頻監控系統的視頻監控端采用三星公司基于ARM體系結構的芯片S3C2440作為處理器，在使用該處理器的硬件系統上構建了嵌入式Linux操作系統作為應用程序的開發平臺。嵌入式Linux系統的構建過程主要是建立嵌入式交叉編譯環境，首先安裝虛擬機，在虛擬機上安裝Linux操作系統，安裝交叉編譯工具，內核編譯移植，建立NFS網絡文件服務器，USB設備驅動加載，完成USB設備驅動的修改及移植[2]。嵌入式Linux系統的軟件體系結構如圖3所示。

3 ARM視頻監控端程序實現

ARM的視頻監控端程序采用套接字Socket編程，Socket是獨立于具體協議的網絡編程接口，在TCP/IP模型中，主要位于傳輸層和應用層之間[3]。它支持TCP/IP協議，是網絡通信的基本操作單元，有連接通信的Socket編程如圖4所示。

套接字可以作為主機通信的終結點，它是Socket應用程序用來在網絡上發送或接收數據包的對象，它可用作網絡間的編程界面。視頻監控端程序采用流式套接字接口編程實現，提供沒有記錄邊界的字節流，字節流能夠以正確的順序無重復地被送達，并且提供了一個面向連接、可靠的數據傳輸服務。視頻監控程序主要實現圖像的采集檢測傳輸等功能。視頻監控端程序流程圖如圖5所示。

圖像視頻監控端程序通過Linux Socket設計實現，從而實現了視頻監控端的圖像傳輸處理等功能。

4 計算機視頻接收端應用程序實現

視頻監控采用servfox流媒體服務器來作監控服務器，servfox運行在ARM終端上采集攝像頭數據，然后在計算機上使用視頻播放軟件顯示圖像。接收端應用程序為Windows程序，主要是針對ARM?LINUX下的視頻捕捉軟件Servfox而寫的。視頻捕捉軟件通過USB采集JPEG圖像，通過一個USB無線網卡進行視頻圖像的傳輸，采用JPEG格式的視頻傳輸過程，意味著傳輸的是一個連續幀的JPEG圖像。計算機視頻軟件接收端的功能是接收視頻監控端所發的圖片并在圖片在窗口顯示的同時錄像。程序用C語言編寫軟件代碼，用XML來存儲USB采集的視頻信息。計算機視頻接收端應用程序實現了視頻播放的控制，包括視頻的開始、停止和暫停，實現了攝像頭的控制，包括攝像頭的添加、更新和刪除，還能夠對進入到監控范圍的移動物體進行視頻監控和視頻錄制。視頻接收端程序流程圖如圖6所示。

5 系統運行

本系統運行過程通過超級終端連接計算機和開發板，利用串口傳輸數據，通過超級終端可以監控目標板信息，也可以向目標板傳輸命令，控制目標板操作。

運行過程是先啟動嵌入式目標板ARM視頻監控端，如果目標板上連接有USB攝像頭，連接有無線網卡，則系統首先運行嵌入式操作系統，通過驅動加載命令insmod將攝像頭和網卡的驅動加載進Linux內核，攝像頭驅動成功后，運行視頻采集的視頻監控端程序servfox，視頻采集就能夠正常運行。然后運行計算機視頻接收端應用程序，運行錄像播放軟件，從而整個視頻監控系統得以正常運行。

6 結 語

本設計給出了一種基于嵌入式ARM技術的無線視頻監控系統解決方案。建立了嵌入式系統開發的交叉編譯環境，進行了操作系統移植，編譯并通過了嵌入式操作系統下無線網卡和USB攝像頭的驅動程序，利用模塊化程序設計方法，設計了基于ARM技術的無線視頻監控端軟件和計算機視頻接收端軟件，并對系統的運行進行了測試。

參考文獻

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