《嵌入式多方位视频监控系统的设计与实现.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式多方位视频监控系统的设计与实现.pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第卷第期 辽宁石油化工大学学报 Vol No 年 月JOURNAL OF LIAONING SHIHUA UNIVERSITYJun 文章编号：（）嵌入式多方位视频监控系统的设计与实现李 健，侯彤璞倡（辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺）摘 要：以嵌入式系统和网络通信技术为基础，从功能多样性的角度设计开发一个多方位视频监控系统。本地监控实现音视频采集、播放和 AVI 文件的录制；客户端监控基于 IP 网络实现远程视频播放和转录；通过构建嵌入式 Web 服务器可以在浏览器上获得监控页面；彩信监控借助 GPRS 网络能将现场图像随时发到用户手机。实验结果表明，上述 种监控方式可以并行工
2、作，并且达到预期效果。关键词：嵌入式系统；视频监控；AVI 文件录制；Web 服务器；彩信发送中图分类号：TP 文献标识码：A doi：j issn Design and Implementation of EmbeddedMultiaspect Video Monitoring SystemLI Jian，HOU Tong pu倡（School of Computer and Communication Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning ，P R China）Received Septemper ；revised D
3、ecember ；acccepted March Abstract：Based on embedded system and network communication technology，a multiaspect video monitoring system wasdesigned and developed from the angle of functional diversity AV capturing，playing and AVI file recording were implementedin local monitoring；remote video playing
4、and transcription were implemented based on IP network in client monitoring；themonitoring page can be obtained in the browser by means of establishing a embedded Web server；the site images can be send touserscellphone anytime via GPRS network in MMS monitoring The experimental results show that the
5、above mentionedfour kinds of monitoring modes can work in parallel and achieve the expected effect Key words：Embedded system；Video monitoring；AVI file recording；Web server；MMS sending倡 Corresponding author Te：；fax：；e mail：htp com 随着技术的发展和原件价格的下降，智能家居逐渐从概念变为现实。安防监控作为智能家居的必选子系统显得尤为重要，安防监控包括对温度、煤气、电路等周
6、边环境的监控，其中最重要的就是视频监控，这可以让用户最直接地了解现场情况，备份的视频资料还可以为事故原因的分析和犯罪分子的抓捕提供有力的证据。传统的视频监控系统往往功能单一，可扩展性不强，本文试图通过增加视频监控的接入方式来提高监控力度。在研究和分析了现有视频监控技术的基础之上，结合自己的设计思想，对各功能模块都提出了具体的实现方法或改进策略。收稿日期：作者简介：李健（），男，山东菏泽市，在读硕士。倡 通讯联系人。系统设计 系统总体结构系统由服务器和客户端两部分组成。服务器以“博创 S”嵌入式开发板为硬件平台，内置ARM 处理器（主频 MHz）、M ROM 和 M Flash，外接摄像头、U
7、盘、GPRS 模块等外设；移植嵌入式 Linux 操作系统到开发板，该操作系统性能稳定，可裁剪性强，对外设驱动的支持全面；采用嵌入式 QT 开发用户图形界面。客户端可以是PC 机或手机，服务器和 PC 机以 IP 网络相连，手机和 GPRS 模块之间存在可用的移动网络。系统的总体结构如图 所示。系统的主要功能根据系统的总体结构，系统设计以下功能模块：本地监控、客户端监控、Web 页面监控和彩信监控。更详细的功能结构如图 所示。图 多方位视频监控系统总体结构图 多方位视频监控系统功能结构在上述功能模块中，本地监控能将音视频信息编码成 AVI 文件保存到 U 盘或移动硬盘；客户端监控在用户登录后接
8、收音视频信息，可以远程播放或录制；Web 监控通过浏览器获得监控页面，还能在页面下载客户端程序。彩信监控通过手机拔打服务器端 GPRS 模块上 SIM 卡的号码，如果主叫号码有效，则会收到以现场图像为内容的彩信。其中登录密码和监控号码在服务器端设置。系统设计的优点与传统的监控系统相比，本文设计的多方位视频监控系统有以下优点：（）将嵌入式系统与多种通信网络相连，可实现多种网络条件下的视频监控，增加用户的安全感。（）采用多线程编程使各功能模块相互关联、相对独立，用户可根据网络条件选择和扩展功能。（）系统所采用的 U 盘、摄像头、SIM 卡等外设均为通用设备，用户可以自行更换升级。系统实现 本地监控
9、本地监控运行在服务器端，它实现了音视频的采集、播放和录制等功能。系统采用 ZC 芯片的USB 摄像头，该摄像头采用片内 JPEG 压缩技术；安装摄像头驱动后，对其操作遵循 VL（Video forLinux）编程规则，VL 是 Linux 下对视频设备操作的统一接口，使用 ioctl（）操作对摄像头设置完成后，用 read（）操作来读取 JPEG 数据。音频采集采用 UDA 芯片，外接话筒和扬声器；设备驱动后，采用 OSS（Open Sound System）编程，OSS 是一套通用的音频操作接口，使用 ioctl（）操作对设备设置完成后，用 read（）操作来读取 PCM 编码数据。在服务器
10、端系统借助 QT 图形界面来完成图像显示的功能，首先要安装 JPEG 库使 QT 支持 JPEG格式的图像，具体的绘制功能通过 QT 中的 QPixel和 QPainer 类 来 完 成。音 频 播 放 同 样 采 用UDA 芯片，使用 write（）操作完成音频播放。图 为服务器运行效果图。图 服务器运行效果图本地录制将音视频信息保存成 AVI（AudioVideo Interleaved）格式的文件，AVI 是将音视频同步组合的文件格式，本系统中视频采用 MJPEG 编码，音频采用 PCM 编码。MJPEG 编码方式的压缩比虽然不是很高，但编码速度快，对 CUP 的处理能力要求较低，合适于
11、嵌入式系统；偶尔丢帧不影响播放效果，合适于网络传输；容易获得清晰的单帧图像，方便后期处理；由于视频监控对帧率要求不高，可以适当降低帧率以减少压缩后的数据量。AVI 文件由文件头、数据块和索引块三部分组成。文件头中所包含的文件长度、播放时间、帧率等信息在录制完毕后才能获得，应最后写入；数据块在录制过程中不断增加；索引块是可选的，保存了每一帧数据在文件中的位置以加速读取，本系统保留了这一域。AVI 文件录制的流程如图 所示。图 AVI 文件录制流程 辽宁石油化工大学学报 第 卷 远程客户端监控本系统在 Windows 下开发了基于 MFC 的客户端应用程序。通过 IP 网络与服务器端相连，在客户端
12、输入服务器 IP 地址和预设密码即可成功登录服务器，继而获得服务器发来的音视频数据，客户端解析这些数据可现实远程播放与录制。面向数据包的 UDP 接连适合于音视频帧的传输，本模块采用这一连接模式。客户端与服务器建立连接的流程如图 所示。图 客户端连接服务器流程连接建立后客户端处理服务器发来的音视频数据，主要操作有播放、录制和截图等。播放主要完成对 JPEG 文件的解码显示，在 MFC 程序中采用OLE 接口 IPicture 来完成解码和绘制功能。录制的过程和本地监控类似，这里不再详述；录制成的AVI 文件可以用通用播放器播放。图 为客户端运行效果图。图 客户端运行效果图 远程 Web 监控当
13、没有客户端程序时，用户就不能进行基于 IP网络的视频监控，这是 CS 架构的缺陷，因此设计一个 Web 监控模块就显得很有意义。用户可以通过网页实现视频监控和图像截取作为客户端程序的补充，也可以通过网页下载客户端程序以实现更多功能。本模块本质上是实现一个嵌入式 Web 服务器，它解析浏览器发来的请求并回复相应的资源，服务器处理客户请求的流程如图 所示。图 Web 服务器处理客户请求流程监控 页 面 不 用 任 何 控 件 和 插 件，只 使 用JavaScript 编程和图片预加载技术来实现整个功能，在绝大多数浏览器上都可运行。具体方法如下：在服务器端建立 TCP 方式 SOCKET 并监听
14、端口，循环处理浏览器发来的连接请求，将主页文件或图像文件发送到浏览器；浏览器获得主页文件后，通过 JavaScript 脚本不断地向服务器发出图像请求。下面列出请求脚本：function requestImage（）请求图像var imgLoad new Image（）；创建一个 Image对象imageLoad src video Math random（）toString（）jpg；以随机文件名预加载图像（请求服务器）imageLoad onload function（）设置 Image 对象回调函数，在图像预加载完成后调用document getElementById（image）src
15、 this src；将预加载后的图像显示到页面（不再请求服务器）；imgLoad null；设置 Image 对象为空，以便浏览器回收其资源setTimeout（requestImage，）；每 毫秒调用 requestImage 一次图像预加载时浏览器在后台向服务器发出请第 期 李 健等 嵌入式多方位视频监控系统的设计与实现求，而显示图像时浏览器发现该图像已加载到内存就不再请求服务器，从而实现无刷屏的图像更新。图像加载后会在内存中保留一段时间，采用随机文件名就是为了区分先后加载的图像。Web 监控效果如图 所示。图 Web 监控效果图 彩信监控在没有 IP 网络的条件下，用户可以通过手机彩信
16、在第一时间内获得现场图像，本系统设计了这一功能模块。WAP（无线应用协议）为移动通信设备提供了一个层次化的、可扩展的应用开发环境。WAP 的体系结构自下向上分为承载网络层、传输层、安全层、事务层、会话层和应用层。无线数据报协议（WDP）可以在各种承载网络之上提供一种通用的数据传输；无线事务协议（WTP）提供轻量级的面向事务的服务；无线会话协议（WSP）为两种会话服务提供统一接口；应用层提供一个无线应用环境（WAE），其中包括很多应用协议，MMS 协议就是应用层协议之一，它定义了 MMS 数据包的封装和发送规则。利用彩信发送用户数据（如图像、文字），就要按照 WAP 协议栈将数据逐层封装。按照各
17、层协议的规范，把上一层的 PDU（协议数据单元）作为本层的用户数据，添加协议头就组成了本层的 PDU。协议头包含了本层 PDU 的重要信息，比如 MMS 头定义了 MMS PDU 的类型、版本、发件人、收件人等信息。彩信发送整个过程为“发送端 服务器 接收端”，但本系统只关心第一环节，第二环节由服务器将彩信转发至接收端（手机）。把彩信发送到服务器实质上是发送端与服务器完成一次会话的过程，彩信发送流程如图 所示，其中标识了每次数据通信中各层 PDU 的类型。系统采用的 GPRS 模块基于 SIM 芯片，支持 WDP 层的数据发送，因此将数据封装成 WTPPDU 就可以直接调用 AT 命令发送数据
18、。但由于承载网络的限制，WDP 数据包长度不能超过 字节，所以发送 MMS 时还要考虑分组传输。将上层数据分割成若干组（每组小于 字节，因为WTP 头占 个字节），分别承载到多个 WTP PDU中，每个 PDU 都设有相应的分组信息，包括 PDU类型，分割标志和分组编号。具体方法如下：将第一个 PDU 类 型 设 为“Invoke”，其 余 设 为“分 割Invoke”；将最后一个 PDU 的分割标志设为“最终组”，其余设为“非终组”；第一个 PDU 的分组编号默认为 ，随后每个 PDU 分组编号加 。服务器收到这些分组 PDU 后可以根据分组信息实现数据重组。图 为彩信监控效果图。结束语本文
19、设计的多方位视频监控系统充分利用嵌入式环境的各种资源，集视频采集、文件压缩、Web 服务、彩信发送、用户界面等功能于一体；通过本地、IP、GPRS 三种网络提供视频监控的 种接入方式，具有较强的适应性和扩展性；尤其是将 Web 服务和彩信业务应用到监控中，使监控方式更灵活，监控效果更显著。随着 G 网络的广范应用，在接下来的研究中期望利用 G 高速网络实现手机视频监控。图 彩信发送流程图 彩信监控效果图 辽宁石油化工大学学报 第 卷参考文献 高小平 中国智能家居的现状及发展趋势J 低压电器，（）：俞辉 嵌入式 Linux 程序设案例与实验教程M 北京：机械工业出版社，任高星，梁俊明，姜晖 基于
20、嵌入式系统的图像采集与压缩J 电子测试，（）：倪继利 QT 及 Linux 操作系统窗口设计M 北京：电子工业出版社，除殿武 AVI 文件格式及其应用研究J 现代电子技术，（）：滕国库，张一弓 基于 ARM 嵌入式芯片 TCPIP 协议的数据采集设计J 辽宁石油化工大学学报，（）：WAP Forum，Ltd Wireless transaction protocolEBOL http：www wapforum org WAP Forum，Ltd Wireless session protocolEBOL http：www wapforum org WAP Forum，Ltd MMS encap
21、sulation protocolEBOL http：www wapforum org （Ed：ZW，Z）（上接第 页）参考文献 张义民 汽车零部件可靠性设计M 北京：北京理工大学出版社，Zhang Yimin，Liu Qiaoling Reliability based design of automobile componentsJ Journal of automobile engineering，（D）：Wang Xinggang，Zhang Yimin，Wang Baoyan Reliability based design of automobile components J Jo
22、urnal ofmechanical engineering science，（C）：郭书祥，吕震宙 基于非概率模型的结构稳健可靠性设计方法J 航空学报，（）：Zhang Yimin，Liu Qiaoling，Wen Bangchun Re liability based sensitivity computation and analysis of automobilecomponentsJ China mechanical engineering，（）：曹宗杰，闻邦椿，匡震帮 智能结构不确定参数系统振动控制及其摄动分析J 航空学报，（）：李田，刘西拉 混凝土结构的耐久性设计J 土木工程学报
23、，（）：Wang Xingang，Zhang Yimin，Wang Baoyan Dynamic reliability sensitivity analysis of torsion bar J Advancedmaterials research，（）：Schaff J R，Davidson B D Life prediction methodology for composite structuresJ Journal of composite materials，（）：Vetter W J Matrix calculus operations and Taylor expansions J SIAM review，（）：张义民，贺向东，刘巧伶，等 任意分布参数的机械零件的可靠性稳健设计（一）：理论部分J 工程设计学报，（）：McAllister C D，Simpson T W Multidisciplinary robust design optimization of an internal combustion engine J ASME j mech des，（）：陈立周 稳健设计M 北京：机械工业出版社，（Ed：ZW，Z）第 期 李 健等 嵌入式多方位视频监控系统的设计与实现