基于S3C2440A和MJPG—Streamer嵌入式網絡視頻監控系統的設計

彭玲 黃松發

摘要：本文將嵌入式技術與網絡技術融合到視頻監控系統，提出了基于S3C2440A和MJPG-Streamer的嵌入式網絡視頻監控系統，通過測試表明視頻圖像顯示效果較好，運行穩定、可靠。

關鍵詞：S3C2440A USB攝像頭 MJPG-Streamer v4l2

1 概述

隨著科學技術的高速發展，視頻監控系統已經進入到人們生活的各個方面，將嵌入式技術與網絡技術融合到視頻監控系統，彌補了以前傳統視頻監控系統存在體積過于龐大、布線復雜、價格高等不足，在圖像處理與傳輸方面都有很好的應用，具有重要的社會和應用價值[1]。

2 總體設計

本文提出的視頻監控系統以ARM9的S3C2440A 作為主控芯片，配合Linux操作系統，通過USB與攝像頭連接，搭建了MJPG-Streamer流媒體視頻服務器，完成視頻數據的采集、壓縮及網絡傳輸到遠程客戶端[2]，遠程客戶端通過軟件進行查看，從而實現視頻監控。

3 系統硬件設計

本系統的核心板采用Samsung公司生產的S3C2440微處理芯片，該芯片基于ARM920T內核，主頻高達400MHz，內置了USB控制器，本系統的USB攝像頭采用具有視頻壓縮編碼的ZC0301P芯片[3]。

4 系統軟件設計

4.1 Linux內核配置編譯 要使USB攝像頭能正常工作，Linux需要加載該功能模塊，可以有兩種方式：一種是把相應模塊編譯進內核；另一種是編譯成模塊，生成對應的.o文件，可以動態加載[2]。本文采用第一種方式，直接編譯進內核，USB攝像頭隨內核啟動就能正常工作了。在PC機的Linux系統下，進入linux-2.6.30.4內核目錄，輸入make menuconfig，進入到Linux 內核配置菜單，由于本文選擇ZC0301P系列的USB攝像頭，具體操作如下：

Device Drivers 目錄---> <*> Multimedia support ---> [*] Video capture adapters --->[*] V4L USB devices ---> <*> USB ZC0301[P] Image Processor and Control Chip support。

保存配置后，執行make zImage可生成新的壓縮內核zImage。

4.2 MJPG-Streamer視頻服務器軟件的設計 MJPG-

Streamer是一個基于網絡應用的輕量級的開源的視頻服務器軟件，可以從USB攝像頭中獲取視頻數據，通過TCP/IP網絡協議傳輸到客戶端，主要包括input插件和output插件，結合Linux 系統的API，能完成視頻數據的采集、壓縮和網絡傳輸[4]。

4.2.1 input插件。input插件主要是完成USB攝像頭的初始化以及視頻數據采集，需要調用Video for Linux（V4L），它是上層的視頻應用程序與系統內核的接口，由于V4L 中存在的一部分設計上的bug[2]，本文使用V4L的改進版V4L2來編寫視頻采集程序，具體流程如圖2所示。

4.2.2 output插件。output插件主要是完成視頻壓縮、網絡傳輸。本文使用基于幀內和幀獨立的M-JPEG壓縮技術，雖比不上低碼率圖像壓縮標準的H.264，但畫質還是比較清晰的，在嵌入式中應用比較廣泛。在網絡傳輸上使用TCP/IP網絡協議，定義socket 套接字，通過bind、listen、accept來編程，實現視頻數據的網絡傳輸[2]。

4.2.3 MJPG-Streamer視頻服務器的搭建及系統測試。本文搭建MJPG-Streamer視頻服務器，并進行系統測試，具體步驟如下：

①首先下載MJPG-Streamer源碼包，在PC機的Linux 系統下，使用tar 命令解壓。

②在PC機的Linux 系統下安裝交叉編譯器arm-linux-gcc，生成的可執行文件可以在ARM9開發板上運行。

③進入到mjpg-streamer目錄下，將所有目錄下的Makefile文件中的CC=Gcc修改為CC=arm-linux-gcc，使用make編譯，生成uvc-stream、mjpg-streamer、input*.so、output*.so的組件。

④將mjpeg-client/bin/win32-upx/目錄下的客戶端程序viewer.exe，復制到windows平臺下，可以直接在windows平臺下運行[5]。

⑤將前面所生成的內核通過TFTP下載到ARM9開發板中并啟動，連上USB 攝像頭。

⑥在超級終端上，通過NFS掛載，將input*.so、output*.so文件復制到ARM9開發板的/lib/WebCam目錄下，將mjpg-streamer復制到ARM9開發板的/sbin/目錄下，然后運行可執行文件uvc-stream。

⑦在PC端打開viewer.exe，輸入ARM9開發板的ip和端口號，再點擊connect，就可以實現監控顯示，效果如圖3所示。

5 總結

本系統以S3C2440A為核心，結合Linux操作系統，搭建MJPG-Streamer視頻服務器，實現了嵌入式視頻監控，但只是基于本地局域網的視頻監控，且視頻顯示清晰度及實時性還有待改進，隨著無線網絡的發展，還可以利用無線網卡實現實時無線監控。

參考文獻：

[1]葛林.基于ARM9和OpenCV的視頻監控系統的研究[D].湖北工業大學，2013.12.

[2]華春夢，劉沖.基于S3C2440嵌入式平臺的USB攝像頭視頻監控[J].電腦開發與應用，2015.1.

[3]許敏.基于S3C2410的嵌入式視頻監控系統的設計[J].電腦知識與技術，2014.2.

[4]陳恒鑫，林威，張欽宇.基于MJPG-Streamer的移動視頻監控系統設計[J].計算機測量與控制，2014.5.

[5]李佳林，劉永春.基于S3C2440網絡視頻采集系統的設計與實現[J].電腦知識與技術，2014.1.