基于嵌入式Linux視頻的網(wǎng)絡(luò )監控系統設計
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基于個(gè)人計算機的視頻監控系統終端功能較強，但穩定性不好，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://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/Linux">Linux視頻的網(wǎng)絡(luò )監控系統不需要用于處理模擬視頻信號的個(gè)人計算機，而是把視頻服務(wù)器內置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。
由于把視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設備內，可以直接連入局域網(wǎng)，即插即看，省掉復雜的電纜，安裝方便(僅需設置一個(gè)IP地址)，用戶(hù)也無(wú)需安裝任何硬件設備，僅用瀏覽器即可觀(guān)看。
基于嵌入式Linux的視頻網(wǎng)絡(luò )監控系統將嵌入式Linux系統連接上Web，即視頻服務(wù)器內置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，攝像機傳送來(lái)的視頻信號數字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過(guò)內部總線(xiàn)傳送到內置的Web服務(wù)器上。
1 系統總體框架
嵌入式Linux視頻網(wǎng)絡(luò )監控系統是電工電子裝置、計算機軟硬件以及網(wǎng)絡(luò )、通信等多方面的有機組合體，它以智能化、網(wǎng)絡(luò )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(gè)統一的系統總體框架，其系統總體框架示意圖如圖l所示。
攝像機傳送來(lái)的視頻信號數字化后，經(jīng)過(guò)壓縮，通過(guò)RS-232/RS485將數據送到內置的Web服務(wù)器，嵌入式LJnux系統的10/100M以太網(wǎng)口實(shí)現接入Internet網(wǎng)絡(luò )，將現場(chǎng)信號送到客戶(hù)端。整個(gè)系統的核心是嵌入式Linux系統。監控系統啟動(dòng)后，嵌入式Linux系統啟動(dòng)Web Server服務(wù)程序，接收授權客戶(hù)端瀏覽器的請求，Web Server將根據通信協(xié)議完成相應的監測。
2 系統實(shí)現
2.1 硬件平臺設計
本系統以公開(kāi)的嵌入式Linux源代碼為基礎，根據設計的嵌入式目標板編寫(xiě)相應的Bootloader程序，然后裁剪出合適的內核和文件系統。目標平臺CPU采用Motorola公司生產(chǎn)的ColdFire嵌入式處理器MFC5272。MFC5272采用ColdFire V2可變長(cháng)RISC處理器核心和DigltalIDNA技術(shù)，在66MHz時(shí)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(shí)現兩個(gè)RS-232串行口和一個(gè)USB Slave接口。MFC5272還內嵌一個(gè)FEC(快速以太網(wǎng)控制器)，片外擴展一片LXT97l，方便地實(shí)現了一個(gè)100/10 BaseT的以太網(wǎng)接口。能夠與常用的外圍設備(如SDRAM、ISDN收發(fā)器)實(shí)現無(wú)縫連接，從而簡(jiǎn)化了外圍電路的設計，降低了產(chǎn)品成本、體積和功耗。
2．2 軟件設計與實(shí)現
視頻監控系統軟件結構采用的是瀏覽器，服務(wù)器(B／S)網(wǎng)絡(luò )模型，即由客戶(hù)端通過(guò)Web向服務(wù)器提出請求，服務(wù)器對請求做出確認響應并執行相應的任務(wù)(如向客戶(hù)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(hù)端監控被控點(diǎn)，從而實(shí)現遠程網(wǎng)絡(luò )監控。服務(wù)器(Web Servei)端即現場(chǎng)監控點(diǎn)的軟件結構包括采集模塊、壓縮編碼模塊、網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)上傳輸，必須首先對其數字化。本系統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(lái)存儲視頻像素數據，還能夠充分利用基于PCI總線(xiàn)系統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(shí)現互操作。
在整個(gè)系統中由于視頻采集的速度通常高于應用軟件取得數據并進(jìn)行處理的速度，因此為了保證視頻數據的連續性，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(gè)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(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)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(shí)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(dòng)程序向緩存寫(xiě)數據的操作不會(huì )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(shù)，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(shù)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(gè)VOP用宏塊柵格劃分成不相交的宏塊，每個(gè)宏塊含有四個(gè)8
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