嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

引言

相比傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有體積小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高、組網(wǎng)方便、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，因而更適用于工業(yè)控制、銀行、政府部門的安防系統(tǒng)中。本文提供的這套系統(tǒng)，采用的s3C2440具有更高的性價(jià)比，并且基于B／S架構(gòu)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用戶可直接通過瀏覽器訪問，相比C／S架構(gòu)，本系統(tǒng)更符合客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的要求。

1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案

采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)分為3個(gè)功能模塊，分別是：前端視頻采集及警報(bào)模塊、嵌入式Web服務(wù)器模塊、后端用戶監(jiān)視模塊。前端視頻采集及警報(bào)模塊負(fù)責(zé)視頻的采集、存儲(chǔ)、處理及傳輸，并實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，提供火險(xiǎn)預(yù)警。嵌入式Web服務(wù)器模塊則負(fù)責(zé)處理監(jiān)控端發(fā)來的請(qǐng)求并為用戶提供實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù);后端用戶監(jiān)視模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與web服務(wù)器交互。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)前端部分的實(shí)現(xiàn)

2.1 前端軟件平臺(tái)的搭建

首先，在PC上建立交叉開發(fā)環(huán)境。然后進(jìn)行Boot—loader的移植，本系統(tǒng)使用U-Boot一1．16，它支持10種處理器，214種開發(fā)板Ⅲ。然而對(duì)于本系統(tǒng)所選用的S3C2440開發(fā)板，它并沒有直接支持，但由于其支持s3c24lo開發(fā)板，因而只需對(duì)代碼修進(jìn)行少量的修改，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的支持。主要工作包括修改SDRAM的配置；分頻比(FCLK、HCLK、PcLK)；系統(tǒng)時(shí)鐘獲取函數(shù)(get’PCLK()、get_HCLK()、get一PLLCLK()等)；實(shí)現(xiàn)對(duì)NAND Flash、yaffs文件系統(tǒng)燒寫的支持等。完成Boot—loader的移植后，即可進(jìn)行Linux內(nèi)核的移植，其主要任務(wù)是添加本系統(tǒng)相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序，如USB、網(wǎng)卡等，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的修改，使其支持S3C2440平臺(tái)，然后靜態(tài)編譯入內(nèi)核。針對(duì)本系統(tǒng)攝像頭驅(qū)動(dòng)采用動(dòng)態(tài)加載的方式，在進(jìn)行內(nèi)核配置的時(shí)候需要選中“L0adable modulesupport”選項(xiàng)。最后利用Busybox來構(gòu)建根文件系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警功能部分的實(shí)現(xiàn)，采用溫度傳感器Dsl8820實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度，溫度預(yù)警值設(shè)為50℃，當(dāng)溫度超過該預(yù)警值，立即驅(qū)動(dòng)前端機(jī)上的蜂鳴器，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員環(huán)境出現(xiàn)異常，可能有火情。

2.2 前端視頻采集的實(shí)現(xiàn)

Vide04“nux(簡(jiǎn)稱V4L)是Ljnux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，它為針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供了一系列接口函數(shù)印]。本系統(tǒng)使用UsB口攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，首先要開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，即針對(duì)usB攝像頭設(shè)備／dev／videoo，進(jìn)行視頻圖像采集方面的程序設(shè)計(jì)。要完成針對(duì)基于V4L的USB視頻數(shù)據(jù)采集，首先要獲取視頻設(shè)備的設(shè)備信息，初始化采集窗口、色度模式、幀狀態(tài)，然后才能進(jìn)行視頻圖像的采集。視頻采集流程如圖2所示。

在獲取到設(shè)備信息并設(shè)置完攝像頭參數(shù)后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，本系統(tǒng)使用mmap()把設(shè)備文件映射到內(nèi)存中，從而繞過內(nèi)核緩沖區(qū)，加速I／O訪問速度。具體操作如下：

首先，使用ioctl(vide伊>fd，VIDIocGMBuF，(vide擴(kuò)>videombuf)函數(shù)獲得攝像頭存儲(chǔ)緩沖區(qū)的幀信息(其中、，id∞為struct vdIn*)，之后修改、，ideo—map中的設(shè)置。然后將攝像頭對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件映射到內(nèi)存區(qū)，使用video->pFramebuffer一((unsigned char*)mmap(0，、，ide0->、，ideombu￡si距，PROT—READ I PROT—WRITE，MAP-SHARED，、rideo->fd，o)。該映射內(nèi)容區(qū)可讀可寫，并且不同進(jìn)程間可共享。接著就可進(jìn)行視頻的截取了，使用函數(shù)ioctl(video->fd，VIDIOCMCAPTURE，(video->mmap))，若成功，便開始截取一幀視頻數(shù)據(jù)，最后調(diào)用VDlOcsYNC等待一幀截取結(jié)束。