夏日强
佛山市高明区智能电子产品安装有限公司
摘要：目前，为规避传统视频监控系统使用中出现的问题，需结合Linux技术、多线程通信、网络传输技术和嵌入式Web服务器等技术，建立基于嵌入式Linux远程数字视频监控系统。在该系统的帮助下，通过网络传输将经过压缩的USB摄像头图像数据输送至视频服务器客户端，用户便可以在手机端查看连续帧图像，并实现远程监控。本文在分析嵌入式数字视频监控系统重要性的基础上，区分嵌入式数字监控技术应用范围，并开展嵌入式数字视频监控系统的设计工作。
关键词：视频监控系统；S3C2440；Boa；网络通信；Linux
引言：目前，视频监控系统主要被应用在交通监控、生产管理等领域，解决传统监控中的模拟图像质量模糊、传输距离短等弊端，需结合现代网络通信技术、音视频处理技术，在数字网络化的发展趋势下，提升监控图像的准确性，为远程视频监控发展保驾护航。
一、嵌入式数字视频监控系统研究的重要性
近年来，互联网技术以及现代信息技术的发展带动嵌入式网络视频监控系统的研究，全面监控企业信息化产品，促进企业信息技术发展，需要根据企业实际需要，以设计标准、设计规范为设计准则，优化调整嵌入式网络视频监控系统，稳定设计质量。
二、嵌入式技术的应用范围
嵌入式技术常被应用在电子商务管理、家庭智能管理、交通管理领域，将该技术应用于微处理器等设备中，一方面可加强对设备的加强与管理，另一方面安装5-6个微处理器于交通车辆上，可为车辆安全保驾护航。嵌入式网络视频监控系统主要由微处理芯片、配件等各种硬件设备以及WindRiver、Nuclear软件设备组成。目前，国内系统软件研发阶段还不够成熟，因此可以借鉴国内外先进系统软件，取长补短[1]。
三、系统方案论述
在本文中，所设计的嵌入式数字视频监控系统组成部分含嵌入式硬件平台、客户端部分、嵌入式Web服务器以及USB摄像头釆集前端。且所设计出的嵌入式视频监控系统具有高性能和通用性强的优势。本文通过使用MEJEPG计算法压缩USB摄像头采取的图像视频数据，最终在服务器上显示网络通信传输的数据信息，用户可以随时登录客户端进行实时监控。
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四、系统设计
（一）系统硬件设计
系统硬件分为两部分：一是包含S3C2440核心板部分，该核心板具有高达450m IPS的运算能力。并运用ARM920T内核处理器，具有4000MHz主屏频率，内部总线结构高达32位，因此其优势可在支持OS、人机交互设备管理方面发挥巨大作用；而另一部分则是由LCD接口电路、复位电路、电源电路、USB摄像头接口电路等组成的底板部分[2]。
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1.WIFI无线网卡模块
TL-WN321G+WiFi无线网卡是本文所选用的无线网卡型号类型。该WiFi无线网卡采用USB总线接口，并内部安装有智能天线。信号覆盖范围大于100米，小于300米，发射频率最高可达20dBm，工作频率范围2.4-2.48 GHz,并且具有强大的无线访问能力。
2.底板设计
底板部分作为整个硬件电路设计的核心，需要采用相应的电路板抗干扰设计技术，降低印刷电路板噪声，具体措施可以参考以下几点：第一，运用粗导线替代电源和地线导线；第二，地线电位差的减少可以通过建立地陷死循环回路的方式来进行规避；第三，数字地线和模拟地线在布线过程中，一方面需要折线度数要低于90度，而另一方面两股线路需要分开走线，削弱高频噪声；第四，滤波电容以及晶振在布置过程中，前者需要靠近芯片电源和地的引脚放在芯片的背面；后者需要放在芯片引脚附近，远离时钟区用地线并进行接地固定；第五，为使信号趋于稳定，采用泪滴方式处理焊盘[3]。
（二）系统软件设计
系统软件部分的设计，首先需要建立输入线程和输出线程。前者的主要作用是采集来自于USB摄像头所获取的视频数据并进行相关处理；而后者是将处理好的视频图像数据按照用户所发来的请求，进行定向输出。共享内存是输入线程和输出线程之间进行互相通信的介质。共享内存不仅是接收输入线程图像视频数据的储存站，同时也是输出线程获取并传送信息的中转站。视频采集传输程序整体结构图如下所示。
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图四 视频釆集传输程序整体结构图
1.USB摄像头驱动
Linux spca5xx是本系统所选用的摄像头驱动类型，驱动版本为spca5xx-v411 goodbye.tar.gzo。结合驱动模块在insmod命令下加载由摄像头驱动程序编制的内核模块，Linux中的v4l2作为视频编程的规范接口，摄像头设备文件便储存在/dev/ v412/video0中。
2.V4L2信号采集设计
上层应用程序所使用的接口函数均有Linux系统下的V4l2进行提供。V4l2一方面可以有效的采集图像信息，同时也可以规范化操作视频设备以及设备文件。V4l2接口对于数据的采集主要依靠 read()直接读取方式以及mmap()内存映射方式两种不同的接口方式。在本文当中主要选择后者的内存映射方式,用户空间所需要的内核缓冲区地址可以在m map内存映射的方式下，有效处理内核缓冲区数据。在本文当中通过各种方式列出传输队列以及传入队列。前者主要负责驱动进入缓冲区的视频数据，而后者需要进行接收存放视频数据的工作[4]。
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3.图像压缩算法
本系统在设计过程中所使用的图像压缩算法为MJPEG算法。该种算法方式可以对每帧画面进行存取，帧率及分辨率的动态调整，再加之编码过程简单视频质量清晰且画质较高，因此可以实现优质的远程视频监控效果。其主要运行流程为：结合JPEG算法压缩某一帧图像，并配合使用嵌入式web服务器，以及Socket的编程进行视频监控。
4.嵌入式Web服务器设计
在嵌入系统中通过硬件平台和软件系统的支撑，可以为嵌入式web服务器功能的实现强有力保障。对于一些特定的嵌入式应用场合，web服务器可选择专门为嵌入式设备所设计的满足贮存以及运行内存空间的服务器种类，类似于Linux下的Apache等服务器并不适用于该场合。除此之外，受制于嵌入式设备资源紧缺问题，同时嵌入式web服务器的无需在短时间内处理大量用户请求，因此所设计的web服务器还需要以嵌入式设备为核心进行设计[5]。
5.客户端的实现
本文所设计的客户端服务器结构，可以直接满足用户通过浏览器输入视频服务器IP地址，访问web服务器BOA并获取监控图像的需求。但是需要注意的是，客户不需要安装任何软件便可查看监控信息的前提是Java Applet小程序可以在浏览器上正常运行。其运行流程为：用户输入IP地址以及8080端口号，建立socket对象输入流以及输出流，用户便可在PC端或手机端查看监控信息。
五、结论
综上所述，嵌入式数字视频监控系统在设计过程中需要结合经济实用以及操作便捷的原则，融合嵌入式技术以及视频监控技术，设计基于嵌入式的数字视频监控系统，通过USB摄像头、嵌入式web服务器、网络通信以及核心版的软硬件设计与分析，完善嵌入式数字视频监控系统，拓展其应用功能的多样性。
参考文献：
[1]汪光华.智能安防:视频监控全面解析与实例分析[M].北京:机械工业出版社,2012：80-81.
[2]王岩.视频信号釆集与网络传输系统的研究与实现[D].大连:大连海事大学,2011:15-18.
[3]王俊，郭书军.嵌入式Web服务器的实现及其CGI应用[J].电子设计工程,2011(1)=128-131.
[4]娄德成，韦银.基于B/S架构的嵌入式远程视频监控系统的设计[J].微型电脑应用,2014(09):51-53.
[5]赵淑芬，赵彦敏.基于Web的嵌入式网络监控系统的设计与实现[J].计算机与数字工程,2010(08)：67~69+73.