基于B/S 模式的視頻監控系統軟件設計與實現

林天亮， 邵文濤

(東北大學a. 計算中心(網絡中心);b. 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽110819)

0 引 言

伴隨著時代的進步和人類生活水平的不斷提高，視頻監控報警［1］成為了家庭安防的一個越來越廣泛的需求。傳統的家庭視頻監控報警系統結構復雜，無法聯網，監控端軟件操作繁瑣，查尋困難等特點難以贏得人們的青睞。

近些年來出現的C/S(Client/Server)模式［2］的視頻監控系統是對傳統的監控的一大改進，它采用專用的客戶端軟件，可通過客戶端軟件進行對被監控端的監看或者控制。但這需要專門的客戶端安裝程序，不能針對隨時隨地不同的用戶群體，兼容性差，不能夠實現快速部署安裝和配置，具有較大的局限性。

本文設計了基于B/S(Browser/Server)模式［3］的嵌入式智能視頻監控報警系統，該系統使用戶不受時間和地點的限制，在使用寬帶網絡的基礎上提供圖像、聲音和各種報警信號。用戶不需要特殊的軟件，只需要打開瀏覽器就可以對監控目標進行實時監控、監督管理與錄像存儲，當傳感器檢測到異常情況發生時，系統也可通過事先設置好的報警模式，通過電話網絡、移動通信網絡或者Internet 網絡將報警信息傳送給定制用戶，并對異常情況進行錄像抓拍。

1 B/S 結構系統

B/S 結構，即瀏覽器/服務器結構，它是隨著Internet 技術的興起，對C/S 結構的一種變化或者改進。在這種結構下，用戶工作界面是通過WWW 瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端(Browser)實現，但是主要事務邏輯在服務器端(Server)實現。B/S 結構，主要是利用了不斷成熟的WWW 瀏覽器技術，結合瀏覽器的多種script 語言(VBscript、Javascript)和ActiveX 技術，用通用瀏覽器就實現了原來需要復雜專用軟件才能實現的強大功能，并節約了開發成本，是一種全新的軟件系統構造技術［4］。

B/S 結構和C/S 結構的區別與聯系如表1 所示。通過表1 比較可知，對于安全性要求較高、操作范圍較小的網絡一般采用C/S 結構，但系統的改進和升級比較困難。B/S 結構基本上只需要管理服務器就可以了，所有的客戶端只是瀏覽器，幾乎不需要任何客戶端的維護，升級只需要在服務器端就可以了。B/S 結構成為了以后系統結構發展的潮流，由于本系統主要是為了實現遠程視頻監控和用戶操作的簡單性，擬采用B/S 結構。

表1 B/S 結構與C/S 結構區別與聯系

2 系統軟件設計

本系統主要是基于B/S 模式的視頻監控報警系統，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進行視頻信息的監控或者對云臺的控制。在這種結構下，一部分事務邏輯在前端實現，但是主要事務邏輯在服務器端實現，所以系統的整個軟件實現部分幾乎都是在服務器端設計與開發的。

本系統是在整個Linux［5］的基礎上構建的，主要包括兩部分:Linux 操作系統模塊軟件和應用程序模塊軟件。Linux 操作系統除了系統Bootloader、內核、文件系統外主要是攝像頭驅動、網絡驅動、USB 驅動［6］等驅動程序和相應的網絡傳輸協議程序;而應用軟件則主要是由圖像視頻采集、視頻存儲、Web 服務器［7］應用軟件、SQlite 數據庫［8］應用軟件、CGI 程序、視頻流網絡發送程序、網站的搭建、網頁的編寫以及報警信號處理程序等組成。整個系統的軟件架構如圖1 所示。

圖1 系統軟件總體結構圖

2.1 Java applet 程序設計

Java Applet 就是用Java 語言編寫的一些小應用程序，它可以直接嵌入到網頁中產生特殊的效果［9］。本論文的設計是基于B/S 模式的視頻監控系統，主要在瀏覽器下觀看視頻信息。但所有的網頁并不具備視頻播放的功能，所以必須加上相應的Flash player［10］等具有播放功能的軟件協議才可實現視頻觀看。而Java applet 就是嵌入到網頁中具有視頻播放功能的應用程序。當用戶在瀏覽器端通過HTTP 協議訪問Web 服務器時，Applet 小程序被下載到用戶計算機上執行，這樣就使得用戶端簡單方便，只要安裝瀏覽器就可實現視頻監控。

2.2 表單的程序設計

在HTML 中，表單(Form)［11］是最主要的傳遞信息的手段，它的元素包括按鈕、輸入文本框、單選框、復選框、多選框等［12］。用戶的所有操作均是在瀏覽器的網頁中進行，用戶除了觀看視頻外還可通過頁面進行控制，比如通過控制云臺的移動來調整視頻的監控范圍。這些表單通過CGI 程序連接到后臺去執行。

2.3 嵌入式Web 服務器設計

嵌入式Web 服務器以TCP/IP 協議棧［13］為基礎構建，需要實現HTTP、TCP 和UDP 等協議，賦給服務器相應的IP 地址，通過網絡就可以將設備接入Internet。任何一個客戶機，都可以通過HTTP 協議與嵌入式Web 服務器建立連接［14］。在嵌入式Linux 環境下，主要有3 個Web 服務器:httpd、thttpd 和Boa。httpd 是最簡單的一個Web 服務器，它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。如果Web 服務器僅需提供一些靜態頁面，例如簡單的在線幫助、系統介紹等，完全可以用靜態服務器httpd 來實現。thttpd 和Boa 都支持認證、CGI 等，功能都比較全。若需提高系統的安全性，或需要與用戶進行交互，例如數據查詢、實時狀態查詢等，則必須使用動態Web 技術，Boa 相比thttpd 而言，功能比較齊全，更支持以后的擴展［15］。本系統中采用Boa 來實現嵌入式Web 服務器。本系統嵌入式Web 服務器的體系框圖設計如圖2 所示。

圖2 嵌入式Web 服務器系統架構圖

2.4 應用層程序設計

基于B/S 模式的視頻監控報警系統主要是通過啟動嵌入式Web 服務器中的CGI 應用程序［16］來實現的。開啟Web 服務器后，服務器會等待客戶端的連接請求，如果有客戶端連接請求，服務端系統將不斷進行實時視頻數據采集、壓縮處理等其他操作，將相應的視頻信息傳送給客戶端進行觀看。并且當傳感器檢測到有報警觸發信號時，傳感器將會通過外部中斷啟動視頻錄制程序，錄制的視頻數據將會自動保存在U 盤中。該應用程序主要包含:登陸界面的驗證、圖像采集、圖像傳輸、視頻的錄制、云臺的控制等。為了使這幾部分能同時運行，提高效率，本系統采用了多線程編程實現。

3 系統軟件調試

軟件部分調試主要分為:底層系統軟件和應用程序調試，其中底層軟件調試主要是為各硬件電路提供驅動，應用程序則是實現系統功能。

由于嵌入式系統本身資源的缺乏，Linux 通常采用宿主機+目標機的交叉調試方式。在主機上編輯、編譯軟件，然后在目標板上運行驗證程序。宿主機是安裝有嵌入式Linux 開發環境的PC 機，可以利用它強大的功能資源高效地完成目標系統的開發。在前面的硬件調試好之后，就可以將我們制作好的Bootloader、Linux 內核以及包含應用程序的跟文件系統下載到目標板上。用交叉網線把目標板通過交換機連到互聯網上。用戶要在遠程的PC 機上的瀏覽器上實現視頻圖像數據控制。

調試好整個系統應用程序后，把之前所設置好的網頁放入嵌入式Web 服務器中，運行應用程序，在PC上打開瀏覽器輸入所設置的目標板的IP 地址:202.118.11.10，就可以進入視頻監控主頁，點擊“歡迎進入東北大學視頻監控報警系統”并輸入用戶名“NEU_HARD”和密碼“123456”就可瀏覽視頻監控頁面，如圖3 所示。

圖3 監控頁面

4 結 語

本文根據目前家庭安防行業的需求和網絡通信技術的快速發展，提出并設計出了一種基于B/S 模式的視頻監控報警系統的軟件系統，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進行視頻信息的監控或者對云臺的控制。本系統具有體積小巧、性能穩定、操作簡單、可維護性強等優點。實現了在瀏覽器端就可對家庭環境進行實時監控以及報警觸發視頻錄像的功能。

［1］ 徐 力. 視頻監控系統的現狀和發展趨勢［J］.信息技術與信息化，2005(4):60-62.

［2］ XIAO Cuihan. Design of instant communication system based on B/S and C/S［C］∥2012 IEEE International Conference on Service Operations and Logistics，and Informatics (SOLI)，2012(20):26.

［3］ 李 廣. 基于B/S 模式的嵌入式監控平臺設計與實現［J］. 武漢理工大學學報，2009，31(1):30-33.

［4］ YAN Cao， YANG Lina， YANG Yanli. Three-Layer EPR Management System Architecture and Development Based on B/S Mode［C］∥2012 International Symposium on Information Science and Engineering，2012:208-211.

［5］ Saranya N，Hansdah R C. An implementation of partitioned scheduling scheme for hard real-time tasks in multicore Linux with fair share for Linux tasks［C］∥2014 IEEE 20th International Conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications，2014:1-9.

［6］ Youngjin Nam，Dongchul Park，Du D H C. Virtual USB drive:A key component for smart home storage architecture［C］∥2012 IEEE International Conference on Consumer Electronics，2012:23-24.

［7］ Limpraptono FY， Ratna AAP， SudibyoH. Remote laboratories multiuser based on embedded web server［C］∥Remote Engineering and Virtual Instrumentation (REV)，2012 9th International Conference on，2012:1-7.

［8］ Zhang Jiawen，Wang Xiangdong， Li Shujiang. The Embedded Greenhouse Control System Design Based on Qt and SQLite［C］∥Intelligent Networks and Intelligent Systems (ICINIS)，2013 6th International Conference on，2013:47-50 .

［9］ 何 梅. Java Applet 編程實例［M］. 北京:清華大學出版社，2003:72-86.

［10］ Emigh J. New Flash player rises in the Web-video market［J］.Computer，2006，39(2):14-16.

［11］ Liang Tang，Tao Li，Yexi Jiang，Zhiyuan Chen. Dynamic Query Forms for Database Queries［J］. IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering，2014，26(9):2166-2178.

［12］ 慶秋輝. 網頁制作教程與上機實訓［M］. 北京:機械工業出版社，2006:88-93.

［13］ MIN Xiang，LING Luo，PING Wang，Jianjun Huang. Design of simplified TCP/IP protocol stack for electricity information acquisition test system［C］∥2013 International Conference on Measurement，Information and Control，2013(1):12-16.

［14］ LI Quanxi，LIU Peiqian，LI Changyou. Research on Embedded Video Monitoring System Based on Linux［C］∥ICCET ＇08 International Conference on Computer Engineering and Technology，2009:478-481.

［15］ 楊 念，李 峰. 基于B/S 的嵌入式視頻監控系統的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2008，29(21):5576-5579.

［16］ Sahu M. Mohapatra D P. Data Flow Testing of CGI Based Web Applications［C］∥2014 International Conference on Information Technology，2014:106-111.