基于ARM的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    (1)采集視頻數(shù)據(jù)
    系統(tǒng)是在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺上采用Video4Linux編程來采集視頻的。一般攝像頭是直接讀視頻設備，采集到視頻數(shù)據(jù)并存在文件中。對文件進行操作，這樣程序運行效率會很低。本系統(tǒng)摒棄這種方法，采用mmap(內(nèi)存映射)方式截取視頻數(shù)據(jù)。mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對文件進行訪問，不必再調(diào)用read()，write()等操作。采用共享內(nèi)存通信的一個顯而易見的好處是效率高，因為進程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。

    (2)傳輸視頻數(shù)據(jù)
    本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡傳輸視頻數(shù)據(jù)，用套接字(Socket)編程實現(xiàn)。

    (3)采集線程與傳輸線程同步
    流媒體服務器的設計有個關鍵點：保證連續(xù)不斷的視頻流。針對這一點，本系統(tǒng)采用多線程編程，采集和傳輸并行執(zhí)行。用互斥量和標志位來實現(xiàn)采集線程和傳輸線程的同步。
    采集數(shù)據(jù)時給互斥量加鎖，直到當前幀采集完并填充完當前幀頭結構體才解鎖互斥量，再開始傳輸。同理，傳輸當前幀時采集線程等待，直到當前幀傳輸完。采集完兩幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)诙?。傳輸完成后，采集完第三幀傳輸?shù)谌龓Ｒ来搜h(huán)，采集完第N幀傳輸?shù)贜幀。此時實際只傳輸了第2幀到第N幀，即N-1幀。
    用戶的視覺反應需要時間，此丟棄第一幀的設計思想并不會使畫面失真。反而連續(xù)不斷的視頻流傳輸?shù)娇蛻舳藶橛脩裟軌颢@得良好的視頻質(zhì)量打下了基礎。
    采集線程：

3．2．2 動態(tài)網(wǎng)頁的設計
    嵌入式Web服務器是Web服務器簡化后的專用系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用適合嵌入式系統(tǒng)的Boa Web服務器。Boa是一個單任務的HTTP服務器，支持能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)Web技術的Java Script技術，源代碼開放，性能高。同時服務器本身所占空間很小，因而十分適用于嵌入式系統(tǒng)。
    鑒于Boa移植技術已經(jīng)很成熟，故不詳細討論。
    Applet是能夠嵌入到一個HTML頁面中，且可通過Web瀏覽器下載和執(zhí)行的一種Java類。它是Java技術容器(container)的一種特定類型。Applet可以通過網(wǎng)絡傳輸，由瀏覽器自動裝載并執(zhí)行。這恰恰非常符合本系統(tǒng)的要求，因此選用Applet來很好地實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁，打開網(wǎng)頁就可以看到視頻數(shù)據(jù)，方便快捷。
    (1)設計流程
    Applet不能單獨運行，需要嵌入在網(wǎng)頁中借助瀏覽器的解釋。必須要創(chuàng)建一個HTML文件來告訴瀏覽器需裝載什么以及如何運行它。其執(zhí)行順序如下：
    ①瀏覽器裝入URL；
    ②瀏覽器裝入HTML文檔；
    ③瀏覽器裝入Applet類；
    ④瀏覽器運行Applet。
    本系統(tǒng)Java Applet實現(xiàn)三個功能：視頻數(shù)據(jù)通過Socket傳送到客戶端顯示；將客戶端調(diào)節(jié)視頻帶參數(shù)發(fā)送到服務器；將客戶端點擊的運動控制參數(shù)發(fā)送到服務器。其中init和start函數(shù)在Applet開始執(zhí)行時調(diào)用，通過start創(chuàng)建2個線程：用于socket通信；提供用戶界面顯示視頻和相應用戶操作。用戶界面設計用到Sun的SwingWorker類庫。
    (2)雙緩沖技術
    雙緩沖技術主要應用于屏幕閃爍現(xiàn)象的消除。在一幀圖像的繪制過程中，如果一幀圖像的繪制時間大于屏幕的刷新時間，就會造成視覺上不連貫的效果。繪制時可在內(nèi)存中建立兩個圖形緩沖區(qū)，其中一個緩沖區(qū)(前臺)用于存放顯示的當前幀，并在屏幕上顯示；同時在另一個緩沖區(qū)中完成下一幀的繪制。因為畫面的繪制過程是在用戶不可見的情況下進行，自然也就消除了這種閃爍現(xiàn)象。
    為了保證用戶的觀看質(zhì)量，本系統(tǒng)在動態(tài)網(wǎng)頁的設計中引入這種雙緩沖技術。采用Java語言中component類的一個可用于創(chuàng)建圖形緩沖區(qū)的方法createImage(int width，int height)，其參數(shù)為繪制區(qū)域的大小。該方法返回一個大小為繪制區(qū)域的Image對象。調(diào)用該對象的getGraphics()方法得到一個GraphiCS對象，將它視為后臺的Graphics對象。此后，可調(diào)用Graplaics類的各種繪圖方法，以繪制所需的畫面。此時，所有的操作都是在后臺的Image對象中進行的，并沒有顯示到屏幕上。當繪制完成后，再調(diào)用前臺Graphics對象的drawlmage(Image img，int x，int y，ImageObserver observer)方法將已準備好的Image顯示到屏幕上。其中Image參數(shù)就是createImage方法所返回后臺的Image對象，ImageObserver參數(shù)是與前臺Graphics對象相關的Component對象或其派生類對象。

4 系統(tǒng)測試
    在PXA270上搭建Boa，將Java Applet小程序編譯后生成的．class執(zhí)行文件、HTML腳本index．html及相關文件拷貝到／var／www／下。將編譯好的流媒體服務器的二進制文件下載到PXA270上。加載攝像頭和USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動，運行boa，再運行流媒體服務器。在PC端打開瀏覽器輸入pxa270的IP地址，就可以看到網(wǎng)頁監(jiān)控的畫面，畫面清晰且視頻流暢，如圖4所示。

5 結 語
    本文充分利用多媒體技術和嵌入式技術各自的特點，介紹了一種用ARM實現(xiàn)移動視頻監(jiān)控的方法，給出了軟硬件設計結構及USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動的具體實現(xiàn)過程。設計了流媒體服務器，搭建了Boa作為Web服務器及實現(xiàn)了動態(tài)網(wǎng)頁。利用USB無線網(wǎng)卡免去了布線的煩惱；利用B／S結構使得可以通過瀏覽器來監(jiān)控，實現(xiàn)跨平臺監(jiān)視；利用雙緩沖技術，實現(xiàn)較高的視頻質(zhì)量。基于ARM的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)使得操作簡單，攜帶方便，可靠性高，成本低，具有良好的開發(fā)及應用前景。