基于Linux的MJPG-St r eamer視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

劉 豪

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東，廣州510006）

0 引言

當(dāng)前視頻監(jiān)控領(lǐng)域多采用嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)涵蓋了嵌入式硬件平臺(tái)和嵌入式軟件平臺(tái)，本文將從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度來闡述基于嵌入式Linux的MJPG-Streamer視頻監(jiān)控系統(tǒng)。嵌入式Linux的視頻監(jiān)控技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案具有一定的實(shí)用性和參考價(jià)值。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，硬件采用友善之臂的Mini2440開發(fā)平臺(tái)，攝像頭采用中星微的USB2.0攝像頭，這是一款高性價(jià)比的圖像數(shù)據(jù)采集處理器，支持VGA和SXGA視頻模式，其像素最高達(dá)130萬。

如圖1所示為視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原理框圖。USB攝像頭通過USB接口與Mini2440的USB Host接口相連。軟件方面，需要在S3C2440上實(shí)現(xiàn)USB攝像頭驅(qū)動(dòng)軟件，同時(shí)在S3C2440處理器上運(yùn)行MJPG-Streamer軟件，利用MJPG-Streamer實(shí)現(xiàn)的web服務(wù)器功能提供網(wǎng)絡(luò)訪問支持，遠(yuǎn)程PC機(jī)通過瀏覽器訪問該視頻監(jiān)控系統(tǒng)的web服務(wù)器，MJPG-Streamer程序?qū)SB攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)放到后臺(tái)進(jìn)行處理，然后通過web的http協(xié)議將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的PC機(jī)，然后通過瀏覽器顯示出來，從而達(dá)到遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的目的。

2 USB攝像頭驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

2.1 UVC驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

中星微USB攝像頭的VC0345模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UVC設(shè)備。本文將在Linux2.6.32內(nèi)核版本中移植和開發(fā)UVC驅(qū)動(dòng)代碼，該驅(qū)動(dòng)代碼路徑為drivers/media/video/uvc/，通過查看該目錄下的Makefile文件可知每個(gè)*.c文件生成對(duì)應(yīng)的一個(gè)*.o文件。最后鏈接成一

uvcvideo.o文件。Makefile代碼如下所示。

uvcvideo-objs：=uvc_driver.o uvc_queue.o uvc_v4l2.o uvc_video.o

uvc_ctrl.o uvc_status.o uvc_isight.o

obj-$(CONFIG_USB_VIDEO_CLASS)+=uvcvideo.o

在Linux內(nèi)核配置中，選擇Device?Drivers->Multimedia support->Video capture adapters->V4L USB devices->USB Video Class(UVC)配置，那么Makefile將生成的uvcvideo.o編譯進(jìn)Linux內(nèi)核。

在uvc_driver.c源碼文件中包含了典型的UVC模塊加載uvc_init和卸載uvc_cleanup的函數(shù)。

UVC設(shè)備驅(qū)動(dòng)初始化模塊函數(shù)uvc_init調(diào)用了usb_register注冊(cè)函數(shù)，將UVC設(shè)備視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備。其中uvc_driver結(jié)構(gòu)體中的name將注冊(cè)進(jìn)USB?Core的驅(qū)動(dòng)名字，它會(huì)顯示在/sys/bus/usb/drivers/下，但它并不是應(yīng)用程序?qū)⒁x寫的設(shè)備文件。當(dāng)UVC設(shè)備插入的時(shí)候，會(huì)調(diào)用uvc_probe函數(shù)來探測(cè)視頻設(shè)備，包括視頻的格式和設(shè)備控制參數(shù)等，內(nèi)核需要id_table用來判斷插入的設(shè)備是否適配，然后將初始化USB的URB中斷，接收USB接口采集到的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)UVC設(shè)備拔出的時(shí)候，會(huì)調(diào)用uvc_disconnect函數(shù)。綜上所述，UVC驅(qū)動(dòng)模塊處理流程如圖2所示。

2.2 V4L2驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

UVC驅(qū)動(dòng)程序雖然是一個(gè)模塊文件，但是它里面并沒有提供fops的文件操作函數(shù)，而是把該操作的open、read、write、ioctl和mmap等用戶接口函數(shù)放在V4L2驅(qū)動(dòng)程序去實(shí)現(xiàn)。V4L2的fops名字叫做uvc_fops，定義在uvc_v4l2.c中。該結(jié)構(gòu)體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

const struct v4l2_file_operations uvc_fops={

.owner=THIS_MODULE,

.open =uvc_v4l2_open,

.release=uvc_v4l2_release,

.ioctl =uvc_v4l2_ioctl,

.read =uvc_v4l2_read,

.mmap=uvc_v4l2_mmap,

.poll =uvc_v4l2_poll,

};

V4L2的子系統(tǒng)是圍繞video_device這個(gè)結(jié)構(gòu)體建立的，它代表的是一個(gè)V4L2設(shè)備。video_device的file_operations[2]結(jié)構(gòu)體包含常規(guī)的函數(shù)指針。視頻設(shè)備通常都包括open、read、write、release函數(shù)，這取決于設(shè)備的功能是輸入還是輸出。對(duì)于視頻流設(shè)備而言，傳輸數(shù)據(jù)一般使用poll和mmap方法。同時(shí)，視頻設(shè)備還定義了一系列的控制參數(shù)，所有這些視頻參數(shù)一般都由ioctl函數(shù)實(shí)現(xiàn)。uvc_fops結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)之后是通過uvc_driver.c中的uvc_register_video函數(shù)將UVC驅(qū)動(dòng)和V4L2驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)一個(gè)視頻驅(qū)動(dòng)的整體框架程序，因此用戶就可以通過V4L2接口函數(shù)操作UVC視頻設(shè)備了。

3 視頻數(shù)據(jù)采集和處理

本系統(tǒng)視頻采集流程如圖3所示，V4L2采用流水線的方式，操作更簡(jiǎn)單直觀，基本遵循打開視頻設(shè)備、設(shè)置視頻設(shè)備屬性和采集模式、處理采集數(shù)據(jù)、關(guān)閉視頻設(shè)備。

4 MJPG-Streamer軟件實(shí)現(xiàn)

MJPG-streamer是一個(gè)輕量級(jí)的視頻服務(wù)器開源軟件，該軟件基于IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，從USB攝像頭中獲取視頻數(shù)據(jù)并傳輸JPEG格式的圖像到瀏覽器，例如IE等瀏覽器，甚至是一個(gè)運(yùn)行了TCPMP播放器的Windows移動(dòng)設(shè)備。

本系統(tǒng)MJPG-streamer使用input_uvc輸入組件，其主要功能是獲取攝像頭拍攝的圖像并將其壓縮編碼，同時(shí)MJPG-Streamer使用了output_http作為輸出組件，該輸出組件采用httpd作為web服務(wù)器，其作用是可通過瀏覽器訪問該服務(wù)器并監(jiān)控和顯示視頻流。

MJPG-Streamer運(yùn)行過程流程如圖5所示。

5 系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié)

本系統(tǒng)基于友善之臂的Mini2440開發(fā)平臺(tái)，通過開發(fā)Linux的UVC-V4L2驅(qū)動(dòng)軟件和MJPG-Streamer應(yīng)用軟件成功實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式Linux的視頻采集與web遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。圖6是Windows7下通過IE瀏覽器遠(yuǎn)程訪問該視頻監(jiān)控系統(tǒng)看到的實(shí)時(shí)視頻流監(jiān)控圖像和控制視頻終端界面，在實(shí)際的項(xiàng)目和產(chǎn)品開發(fā)中具有一定的參考和使用價(jià)值。

圖5 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控圖像

［1］[美]科波特(Corbet,J.)等.魏永明,耿岳,鐘書毅譯.Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(第三版)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2005.11.

［2］李俊編著.嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)詳解[M].北京：人民郵電出版社,2008.3.