基于嵌入式Linux視頻的網絡監(jiān)控系統(tǒng)設計
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基于個人計算機的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強，但穩(wěn)定性不好，視頻前端(如電壓耦合元件等視頻信號的采集、壓縮、通訊)較為復雜，可靠性不高?；谇度胧?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/Linux">Linux視頻的網絡監(jiān)控系統(tǒng)不需要用于處理模擬視頻信號的個人計算機，而是把視頻服務器內置一個嵌入式Web服務器，采用嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。
由于把視頻壓縮和Web功能集中到一個體積很小的設備內，可以直接連入局域網，即插即看，省掉復雜的電纜，安裝方便(僅需設置一個IP地址)，用戶也無需安裝任何硬件設備，僅用瀏覽器即可觀看。
基于嵌入式Linux的視頻網絡監(jiān)控系統(tǒng)將嵌入式Linux系統(tǒng)連接上Web，即視頻服務器內置一個嵌入式Web服務器，攝像機傳送來的視頻信號數字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過內部總線傳送到內置的Web服務器上。
1 系統(tǒng)總體框架
嵌入式Linux視頻網絡監(jiān)控系統(tǒng)是電工電子裝置、計算機軟硬件以及網絡、通信等多方面的有機組合體，它以智能化、網絡化、交互性為特征，結構比較復雜。如果利用OSI七層模型的內容和形式，把相應的數據采集控制模塊硬件和應用軟件以及應用環(huán)境等有機組合，可以形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)總體框架，其系統(tǒng)總體框架示意圖如圖l所示。
攝像機傳送來的視頻信號數字化后，經過壓縮，通過RS-232/RS485將數據送到內置的Web服務器，嵌入式LJnux系統(tǒng)的10/100M以太網口實現接入Internet網絡，將現場信號送到客戶端。整個系統(tǒng)的核心是嵌入式Linux系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)啟動后，嵌入式Linux系統(tǒng)啟動Web Server服務程序，接收授權客戶端瀏覽器的請求，Web Server將根據通信協議完成相應的監(jiān)測。
2 系統(tǒng)實現
2.1 硬件平臺設計
本系統(tǒng)以公開的嵌入式Linux源代碼為基礎，根據設計的嵌入式目標板編寫相應的Bootloader程序，然后裁剪出合適的內核和文件系統(tǒng)。目標平臺CPU采用Motorola公司生產的ColdFire嵌入式處理器MFC5272。MFC5272采用ColdFire V2可變長RISC處理器核心和DigltalIDNA技術，在66MHz時鐘下能夠達到63Dlnrystone2.1MIPS的優(yōu)良處理能力。
內部SIM(System IntegratedModule)單元集成了豐富的通用模塊，只需很少的外圍芯片就可以實現兩個RS-232串行口和一個USB Slave接口。MFC5272還內嵌一個FEC(快速以太網控制器)，片外擴展一片LXT97l，方便地實現了一個100/10 BaseT的以太網接口。能夠與常用的外圍設備(如SDRAM、ISDN收發(fā)器)實現無縫連接，從而簡化了外圍電路的設計，降低了產品成本、體積和功耗。
2．2 軟件設計與實現
視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結構采用的是瀏覽器，服務器(B／S)網絡模型，即由客戶端通過Web向服務器提出請求，服務器對請求做出確認響應并執(zhí)行相應的任務(如向客戶端發(fā)送組播地址、圖像格式、壓縮格式等)，建立連接后就可以在客戶端監(jiān)控被控點，從而實現遠程網絡監(jiān)控。服務器(Web Servei)端即現場監(jiān)控點的軟件結構包括采集模塊、壓縮編碼模塊、網絡通信模塊、控制模塊等，如圖2所示。
2.2.1 視頻采集模塊設計
由于攝像機得到的是模擬的視頻信號，不能直接為計算機使用，因此要使視頻在網上傳輸，必須首先對其數字化。本系統(tǒng)選用的視頻采集卡為Conexant公司的Bt848卡，該卡不需要任何本地緩存來存儲視頻像素數據，還能夠充分利用基于PCI總線系統(tǒng)的高帶寬和固有的多媒體功能，并且能夠與其他多媒體設備實現互操作。
在整個系統(tǒng)中由于視頻采集的速度通常高于應用軟件取得數據并進行處理的速度，因此為了保證視頻數據的連續(xù)性，采用了三緩存結構，緩存A是Bt848視頻采集的目標地址，在RISC指令的直接控制下，采集的數據都先存放在這個緩存中；B和C組成乒乓式結構循環(huán)往復使用，當某一幀數據采集完畢后，產生中斷，在中斷服務程序中將緩存A的數據復制到緩存B(或C)中，然后采集下一幀，當下一幀數據采集完后．再將緩存A中的數據復制到緩存C(或B)中，當應用程序需要數據時就從緩存B或C中讀取最新的一幀圖像。緩存B和C交替使用，能夠保證應用程序從緩存讀數據的操作和驅動程序向緩存寫數據的操作不會發(fā)生沖突，避免了數據的損壞和遲延。
2.2.2 視頻壓縮編碼的設計
本設計選用了基于對象的MPEG-4視頻編碼技術，首先對輸入的任意形狀的VOP序列，用基于塊的混合編碼技術編碼。處理順序是先幀內VOP，后幀間VOP和雙向預測VOP。
在對VOP的形狀信息編碼之后，取得任意形狀VOP的采樣，每個VOP用宏塊柵格劃分成不相交的宏塊，每個宏塊含有四個8
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