基于FFmpeg的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：視頻監(jiān)控正朝著嵌入式、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化的方向發(fā)展。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成當(dāng)今數(shù)字視頻研究的熱點(diǎn)之一，如何加強(qiáng)視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是視頻監(jiān)控技術(shù)中的主要重點(diǎn)。本系統(tǒng)采用FFmpeg作為編碼工具，以ARM平臺(tái)為基礎(chǔ)，結(jié)合嵌入式技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)低成本、高性能、易普及的嵌入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；FFmpeg；H.264

1 系統(tǒng)總體框架

視頻監(jiān)控以視頻編解碼技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)為主要核心技術(shù)。本系統(tǒng)把從攝像機(jī)采集的模擬視頻信號(hào)通過(guò)視頻編碼器直接轉(zhuǎn)換成視頻流，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸。具備視頻編碼處理、網(wǎng)絡(luò)通信、系統(tǒng)控制等強(qiáng)大功能，直接支持網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理，使得監(jiān)控范圍達(dá)到前所未有的廣度。

本系統(tǒng)采用“采集端-服務(wù)端-接收端“的C/S架構(gòu)，硬件平臺(tái)采用ARM嵌入式處理器和攝像頭，操作系統(tǒng)基于嵌入式Linux[1]。整個(gè)系統(tǒng)分成分為三個(gè)部分，分別為采集端、服務(wù)端、接收端。采集端將采集得到的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，轉(zhuǎn)換成H.264格式。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)端進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在接收端將視頻顯示出來(lái)，系統(tǒng)總體框架如圖1。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架圖

采集端負(fù)責(zé)采集攝像頭數(shù)據(jù)并使用FFmpeg進(jìn)行H.264的視頻編碼[2]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。服務(wù)器端負(fù)責(zé)接收來(lái)自采集端的視頻數(shù)據(jù)，然后接收客戶端的視頻請(qǐng)求，向客戶端發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。接收端為用戶客戶端，負(fù)責(zé)接收服務(wù)器視頻數(shù)據(jù)并且播放或者保存文件。

采集端是一個(gè)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，操作系統(tǒng)使用Linux操作系統(tǒng)，視頻編碼使用FFmpeg和H264提供的程序庫(kù)。采集端系統(tǒng)架構(gòu)如圖2。

圖2 采集端系統(tǒng)框架圖

本系統(tǒng)的視頻采集使用linux的video4linux2編程接口[3]，而視頻編碼由FFmpeg+H264共同完成。在使用FFmpeg編碼之前，首先需要對(duì)FFmpeg庫(kù)進(jìn)行初始化，注冊(cè)所有的編解碼器以及文件格式，設(shè)置編碼器碼率、幀速率、編碼像素格式等參數(shù)，然后尋找編碼器并打開(kāi)，打開(kāi)編碼器之后才可以進(jìn)行編碼[4]。使用FFmpeg編碼流程如圖3。

本系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能是一大重點(diǎn)。采集端將原始攝像頭視頻數(shù)據(jù)進(jìn)過(guò)編碼后，以網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)椒?wù)器上。在使用網(wǎng)絡(luò)傳輸前需要對(duì)本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化。以下是部分初始化網(wǎng)絡(luò)程序[5]。

int sockfd = 0；

struct sockaddr_in addr；

bzero（&addr，sizeof（addr））；

/*設(shè)置sockaddr_in結(jié)構(gòu)體中的相關(guān)參數(shù)*/

addr.sin_family = AF_INET；

addr.sin_port=htons（PORT）；

addr.sin_addr.s_addr= inet_a

ddr（SERVERIP）；

/*創(chuàng)建socket*/

sockfd=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）；

/*調(diào)用connect函數(shù)主動(dòng)發(fā)起對(duì)服務(wù)器的連接*/

if（connect（sockfd，（struct sockaddr*）&addr，sizeof（addr）） == -1）{

perror（"connect"）；

exit（1）；

}

網(wǎng)絡(luò)連接的初始化完成，一旦connect函數(shù)連接服務(wù)器成功，就可以隨時(shí)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

至此，采集端已經(jīng)完成了一幀視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸這三個(gè)主要的過(guò)程。而視頻監(jiān)控的整個(gè)過(guò)程就是以上步驟的重復(fù)進(jìn)行。正是由采集端傳輸?shù)囊粠粠曨l數(shù)據(jù)，最終傳送到客戶端，不斷顯示圖像，達(dá)到視頻監(jiān)控效果。

2 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控中的視頻采集、編碼和傳輸三個(gè)重要功能。與眾多的視頻傳輸設(shè)計(jì)相比，本設(shè)計(jì)采用了現(xiàn)今業(yè)內(nèi)最常用的H.264視頻編解碼技術(shù)。具有一定的前沿性和比較高的市場(chǎng)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]嵌入式Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程（第二版）[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]FFMPEG[Z].http：//www.ffmpeg.com/[2012/9/28].

[3]Video4Linux2[Z].http：//en.wikipedia.org/wiki/Video4Linux[2008/3/1].

[4]X264[Z].http：//www.videolan.org/developers/x264.html[2005/12/12].

[5]UNIX網(wǎng)絡(luò)編程 卷1：套接字聯(lián)網(wǎng)API（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：譚石堅(jiān)（1981，5-），男，籍貫：廣東，碩士，主要研究方向是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，視頻編解碼，網(wǎng)絡(luò)安全等。