基于嵌入式網絡虛擬實驗室視頻監控系統設計

秦斐

摘 要 網絡虛擬實驗室能夠實現無空間限制、無地域限制的實驗設備的共享，甚至可以遠程操作。本文完成了網絡傳輸程序設計，既實現了C/S模式下的網絡通信，又實現了B/S模式下的網絡通信，使用戶既能通過網絡用專用軟件對實驗室進行監視，也可以直接用常用的瀏覽器來完成監視任務。旨在開發設計一種成本低廉、用于實時觀測高校網絡實驗室真實物理設備運行或者生化反應漸變過程的基于嵌入式的網絡視頻監控系統。

關鍵詞 網絡虛擬實驗室 視頻監控 嵌入式 B/S模式

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A

一、引言

網絡虛擬實驗室是使用BSDA結構，通過校園網，學校教師和學生將可以有效利用空余時間，隨時的使用實驗室的資源和設備，同時老師可以通過網絡遠程指導學生進行實驗，通過網絡虛擬實驗室可以使學校各個學院之間的實驗室資源得到共享，避免了重復投資、浪費資源的現象，有利于學校的發展節約很多資金。國內外的很多學校和科研機構已經搭建了許多成功案例。

網絡虛擬實驗室視頻監控系統將嵌入式技術和視頻傳輸技術有效結合在一起，克服了以往視頻監控系統的局限性，改善了以往視頻監控系統的缺陷。嵌入式網絡視頻監控系統的硬件是一個單獨的設備，它不受到計算機系統中其它軟件影響，所以更加穩定，便于實現模塊化設計。網絡虛擬實驗室視頻監控系統通過網絡瀏覽器可以進行遠程實時控制與維護。

本設計旨在開發設計一種成本低廉、用于實時觀測高校網絡實驗室真實物理設備運行或者生化反應漸變過程的基于嵌入式的網絡視頻監控系統，該系統同時具有錄像功能，以便將夜間的實驗過程真實記錄下來，便于實驗者日后查詢需要。

二、嵌入式系統發展趨勢

嵌入式系統是用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置。是以應用為主，軟硬件可裁剪的專用計算機系統。嵌入式系統的開發需要把軟件、硬件以及人力資源等元素綜合起來考慮。事實上，任何一個嵌入式產品都是軟、硬件的結合體，都是軟、硬件綜合開發的結果，因此在系統開發過程中，必須綜合考慮各個方面的因素。

三、基于嵌入式的網絡虛擬實驗室視頻監控系統整體結構

本系統由監控前端部分、網絡通訊部分和遠程監控端部分構成，圖 1為一個視頻采集系統整體結構示意圖。

監控前端部分用來完成視頻采集工作，也叫視頻采集部分，可由傳感器和本地處理單元構成。本設計中為了降低成本采用普通的USB口攝像頭來獲取視頻圖像。視頻采集部分主要分為基于嵌入式處理器的方法，它是利用嵌入式設備或嵌入式處理器等組成智能攝像頭；在這種方法下視頻采集部分具有結構小巧、性能穩定、系統專用性強，可適用于多種場合等特點，是現在最好的一種方法之一，因此本設計中采用此方法搭建。然而，由于要同時實現視頻采集、數據存儲、數據壓縮、網絡通信等功能，因此對軟硬件設備和系統開發有很高要求，在功能實現上受硬件設備性能的影響比較大。

四、基于嵌入式的網絡虛擬實驗室視頻監控系統的實現

（一）Linux下的視頻數據采集的實現。

通過Video4Linux實現在Linux下對于視頻采集設備的支持，通常簡稱為V4L。在Linux下，V4L決定了視頻采集設備的正常使用，因此在編譯Linux內核時應注意如下配置：首先選中編譯Mulitmedia devise—>Video for Linux，再在Mulitmedia devise—>Video for Linux—>的各項按照視頻采集設備的類型進行配置。

本系統中采用USB接口的通用外置紅外攝像頭，該攝像頭的配套芯片為微星ZC301芯片，為確保微星ZC301接口芯片在Linux下的正常驅動，即能夠支持該主機的USB控制器UHCI或OHCI，以及內核中Video4Linux的支持，必須將其驅動程序加載進系統內核，當驅動程序加載完成，攝像頭可正常工作后，即可進行下一步對視頻流的采集編程。

（二）網絡傳輸模塊的設計。

本系統采用基于socket套接字的以太網口編程。Socket就是網絡進程中的ID。網絡通信實際上就是是進程間的通信。在網絡中，每個節點都有一個唯一的IP地址，兩個進程在通信的時候，先確定雙方的IP地址。但是IP地址只能確定進程所在的終端，而同一個終端可能會有多個進程，所以只有IP地址還不能夠確定單個進程，因此還需要用Socket提供的其它信息：端口號。對于同一終端機而言，一個端口號只能分配給一個進程。所以將網絡地址和端口號結合就可以確定Internet網中的網絡進程。

五、研究結論

嵌入式網絡虛擬實驗室視頻監控系統將嵌入式技術和視頻傳輸技術有效結合在一起，克服了以往視頻監控系統的局限性，改善了以往視頻監控系統的缺陷。網絡虛擬實驗室視頻監控系統通過網絡瀏覽器從 Internet 監控系統實時信息，從而實現了遠程實時控制、調整、維護。本設計完成了網絡傳輸程序設計，既實現了C/S模式下的網絡通信，又實現了B/S模式下的網絡通信，使用戶既能通過網絡用專用軟件對實驗室進行監視，也可以直接用常用的瀏覽器來完成監視任務。

（作者：南京理工大學教師）

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