嵌入式視頻監控系統的設計及運用

摘 要 隨著科學技術的不斷進步，視頻監控技術得到了迅速發展，并已廣泛應用于社會安防等領域，目前，視頻監控系統正朝著嵌入式的方向發展，相關軟件、硬件技術已經趨于成熟，為嵌入式視頻監控系統的研發與普及奠定了良好的基礎。本文對嵌入式視頻監控系統的組成進行了簡要介紹，并分別從設計者的角度對嵌入式視頻監控系統進行分析。

【關鍵詞】嵌入式 視頻監控 系統

近年來，視頻監控系統已經遍布人們生活的各個角落，廣泛應用于交通、電力、銀行、商場等場所，在維護社會秩序方面起到了一定作用。然而，隨著科學技術的發展，一種基于嵌入式技術的視頻監控系統逐漸取代傳統的視頻監控系統。嵌入式系統開發的目的是強化其應用性，適用范圍更廣，通過對視頻流進行編碼、壓縮，可經過互聯網在獲得授權的數字終端上觀看視頻。

1 嵌入式視頻監控系統的框架

為達到實時監控的目的，設計人員將用于錄像的攝像頭放置于被監控點附近，通過視頻線纜將圖象傳送至監控室。因此，嵌入式視頻監控系統包括服務器端與客戶端兩大部分，服務器端的組成有硬件開發平臺、嵌入式計算機操作系統（以Linux為主）、應用層軟件、視頻采集卡、無線傳輸模塊，客戶端則由計算機、操作系統、應用軟件組成，嵌入式系統的框架如圖1所示。

服務器端是嵌入式視頻監控系統的核心，其硬件核心是嵌入式微處理器，結合多種外設（攝像頭、無線網卡等），為客戶端提供圖像資源。客戶端則是將服務器端編碼、壓縮處理后的視頻進行解碼，并通過顯示器播放視頻圖像。基于無線傳輸與互聯網技術的嵌入式視頻監控系統實現了視頻的遠距離傳輸、控制，這解決了嵌入式視頻監控系統在大面積假設過程中的布線問題。

2 嵌入式視頻監控系統應用軟件的設計

根據嵌入式視頻監控系統的組成，在設計相關應用軟件時，需要分別考慮服務端軟件與客戶端軟件的不同，通過軟件設計流程圖對比，不同組成部分的軟件設計思想存在明顯差異。

由此可以看出，服務器端應用軟件與客戶端應用軟件之間是相互關聯的，服務器端所采集到的視頻數據需要在客戶端應用軟件發出請求后進行傳輸。基于視頻處理方式的不同，服務器端應用軟件主要實現的視頻信號的壓縮、編碼，而客戶端應用軟件則是對受到的視頻信號進行解壓、解碼，并在顯示器上進行播放。

2.1 服務器端應用軟件的設計思想

根據視頻監控系統的實際需要，服務器端需具備多線程任務處理能力，其中有3個線程需要占用一定的系統資源，分別為主線程、視頻信號采集線程、視頻信號發送線程。其中，主線程的任務是對系統外設進行初始化，保證參數設置的正確性。視頻信號采集線程則負責將攝像頭錄制的視頻信號采集至視頻信號緩存區，同時經過視頻采集卡完成視頻的壓縮、編碼過程。視頻信號發送線程則將位于緩存區的視頻信號通過制定接口對外發送，這一過程的結束則意味著服務器端的主要任務完成。

2.2 客戶端應用軟件的設計

與服務器端相類似，嵌入式視頻監控系統的客戶端軟件依然需要同時運行多個線程，其中主要包括主線程、視頻信號接收線程和視頻信號解碼顯示線程。在客戶端通電之后，客戶端程序開始運行，完成相關配置的初始化過程，主線程保證客戶端軟件的正常工作，避免大數據流下導致的軟件崩潰，當主線程向服務器端發送視頻信號請求線程后，視頻信號接受線程開始工作，將接收到的視頻信號交由視頻信號解碼顯示線程，最終將視頻信號投放在顯示器上。在此過程中，客戶端應用軟件需要調用recvform（）不斷接受服務器端發送來的UDP數據包，此類數據包被存放于客戶端計算機的緩存區，并按照一定的順序進行排列，以便于下一步的MJPEG解碼過程，解碼后的視頻通過調用SDL進行播放。

3 嵌入式視頻監控系統測試

為保證系統測試的準確性，關于嵌入式視頻監控系統的測試一般選擇有線傳輸和無線傳輸兩種模式，從使用的角度看，基于無線傳輸技術的嵌入式視頻監控系統將成為未來發展的主流，所以，這里以無線傳輸模式下的嵌入式視頻監控系統為例。

首先，在對嵌入式視頻監控系統進行測試之前，需要記錄服務器端與客戶端的IP地址；其次，檢測檢查客戶端應用軟件對攝像頭的控制命令；再次，在視頻監控系統客戶端的控制矩陣上對顯示畫面進行選擇性切換，檢查切換畫面是否正確；最后，將已經保存的錄像進行拷貝，檢查該錄像能否通過解碼在其它客戶端上播放。

檢查視頻錄像保存結果的主要原因在于無線網絡傳輸環境的不穩定性所帶來的數據包丟失問題，視頻傳輸過程中的數據包丟失較為普遍，然而，如果出現連續性的數據包丟失，則會導致視頻播放錯誤。以在無線傳輸環境下的視頻監控系統數據傳輸測試為例，具體如表1所示。

由此可見，無線傳輸環境下的嵌入式視頻監控系統的信號傳輸依然保持了較高的穩定性，丟包率維持在較低水平，四次測試的丟包率分別為0.0932%、0%、0.15%和0.181%，平均丟包率為0.1065%。

在畫質方面，由于無線傳輸模式通過互聯網進行數據的傳輸，相比較有線傳輸模式，無線傳輸模式下的嵌入式視頻監控系統畫質較好。導致這種情況的主要原因是有線傳輸模式存在能量的衰減，在無信號放大器的情況下，隨著服務器端與客戶端的距離增加，圖像質量將不斷下降。

總的來說，嵌入式視頻監控系統的穩定性較以往有所提高，無線傳輸技術的使用，在降低嵌入式視頻監控系統設計成本的同時，也實現了對嵌入式技術的有效利用，推動了嵌入式視頻監控系統在社會各領域的廣泛應用。

4 總結

嵌入式技術的廣泛使用，實現了視頻監控系統的小型化、節能化和低成本化，這對于視頻監控系統的推廣應用有著積極意義。通過不斷完善嵌入式視頻系統的硬件設計，開發具有多種功能的應用軟件，使嵌入式視頻監控系統同時具有便攜性與靈活性的特點，結合無線傳輸技術，使視頻監控系統真正擺脫遠距離傳輸信號質量差、成本高等一系列問題。

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作者簡介

張帆（1990-），男，山西省忻州市五臺縣溝南村人。大學本科學歷。研究方向為物聯網與嵌入式。

作者單位

山西農業大學信息學院 山西省晉中市 030800