基于A(yíng)RM的視頻監控終端的設計與實(shí)現

系統的軟件設計

　　視頻監控終端的軟件設計主要完成兩方面的工作：

　?。?）在硬件上搭建一個(gè)軟件平臺，搭建嵌入式Linux軟件開(kāi)發(fā)平臺需要完成UBOOT移植、嵌入式Linux操作系統內核移植以及嵌入式Linux操作系統的設備驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)等工作。

　?。?）在軟件平臺的基礎上，開(kāi)發(fā)系統的應用程序。借助交叉編譯工具,開(kāi)發(fā)視頻監控終端上運行的采集、壓縮、傳輸程序。

　　構建基于S3C2410的Linux平臺
　　Linux具有許多優(yōu)點(diǎn)，如開(kāi)放源碼；功能強大的內核，支持多用戶(hù)、多線(xiàn)程、多進(jìn)程、實(shí)時(shí)性好、功能強大穩定；大小功能可定制；支持多種體系結構。

　　構建嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺需要先構建交叉編譯環(huán)境，如圖4所示。一套完整的交叉編譯環(huán)境包括主機和目標機。在開(kāi)發(fā)中主機是一臺裝有紅帽公司的FedoreCore 2操作系統的PC機，目標機是基于S3C2410的視頻監控終端。選用的交叉編譯器是GCC3.3.4 for ARM版，嵌入式Linux內核源代碼包版本號為2.6.8RC。

　　2.6.8RC版的Linux內核源代碼包中包含了所有的功能模塊。系統中只用到了其中的一部分。因此，編譯內核之前首先要配置內核，裁減掉冗余的功能模塊，經(jīng)過(guò)定制的內核才符合系統設計。具體步驟如下：

　?。?）鍵入命令make menuconfig，對內核進(jìn)行配置，選擇YAFFS文件系統，支持NFS啟動(dòng)，系統使用的是USB接口的攝像頭，故要啟用USB設備支持模塊，包括USB設備文件支持模塊、USB主控制器驅動(dòng)模塊等。此外，USB攝像頭屬于視頻設備，為了使應用程序能夠訪(fǎng)問(wèn)它，還需要啟用Video4Linux模塊。

　?。?）用make dep命令生成內核程序間依賴(lài)關(guān)系。

　?。?）make zImage命令生成內核映像文件。

　?。?）make modules和make modules_install命令生成系統可加載模塊。

　　這樣就生成了zImage內核映像文件，把它下載到目標平臺的Flash中。

　　本設計采用USB外置攝像頭，在內核配置時(shí)要求以模塊形式加載。首先要完成驅動(dòng)程序，驅動(dòng)中需要提供基本的I/O操作接口函數open、read、write、close的實(shí)現，對中斷的處理實(shí)現，內存映射功能以及對I/O通道的控制接口函數ioctl等，并把他們定義在struct file_operations中。這樣當應用程序對設備文件進(jìn)行諸如open、close、read、write等，系統調用操作時(shí)，嵌入式Linux內核將通過(guò)file_operations結構訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)程序提供的函數。接著(zhù)把USB驅動(dòng)程序編譯成可以動(dòng)態(tài)加載的模塊，這樣攝像頭就可正常工作了。

　　視頻監控終端軟件的設計
　　視頻監控終端軟件按功能分為三部分：視頻采集、壓縮、傳輸。這個(gè)軟件的開(kāi)發(fā)都是基于先前配置好的嵌入式內核。

　　(1）視頻采集部分

　　使用Video4Linux接口函數訪(fǎng)問(wèn)USB攝像頭設備，捕獲實(shí)時(shí)的視頻流。首先完成v4l_struct數據結構的定義，如設備基本信息，圖像屬性，各個(gè)信號源屬性等；采集模塊一方面通過(guò)USB集線(xiàn)器采集USB攝像頭中的圖像，另一方面啟動(dòng)多個(gè)采集線(xiàn)程，分別在不同的端口上監聽(tīng)，一旦有請求連接，采集線(xiàn)程立即從設備緩沖區中把視頻流數據讀出，放入到視頻處理緩沖區中進(jìn)行下一步的處理。

　　(2）視頻數據的壓縮部分

　　在視頻監控系統中，大量的數據需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸，為了保證傳輸質(zhì)量和傳輸實(shí)時(shí)性，就需要在傳輸之前進(jìn)行編碼壓縮以減少數據量，本文采用MPEG-4編碼標準進(jìn)行數據壓縮。在網(wǎng)絡(luò )上可以下載到開(kāi)源的xvidcore軟件作為視頻壓縮的核心算法，xvidcore是一個(gè)高效的、移植性很強的多媒體編碼軟件，將它在PC機上進(jìn)行交叉編譯，生成的文件拷貝到目標系統下。

　　(3) 視頻數據傳輸部分

　　傳輸模塊的作用在于把壓縮之后的視頻流傳送到遠程的PC機客戶(hù)上，視頻流數據的傳輸是基于TCP/IP協(xié)議。視頻傳輸采用了標準的RTP傳輸協(xié)議。RTP是目前解決流媒體實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題的最好辦法，在Linux平臺上進(jìn)行實(shí)時(shí)流媒體編程，需要使用一些開(kāi)放源代碼的RTP庫，如LIBRTP、JRTPLIB等。定義一種較為簡(jiǎn)單的握手協(xié)議：PC機端的采集程序不停地發(fā)請求數據包到采集終端，采集終端把已經(jīng)捕獲的圖像打包返回給主機。每個(gè)RTP信息包被封裝在UDP消息段中，然后再封裝在IP數據包中發(fā)送出去。接收方自動(dòng)組裝接收到的數據幀，還原成視頻數據。

結束語(yǔ)

　　本文介紹了一種基于ARM的視頻監控系統的設計方案，采用軟壓縮算法，討論了系統的硬件和軟件設計。本系統和市場(chǎng)上其它視頻監控系統相比，開(kāi)發(fā)周期短，價(jià)格低廉，適用于對視頻圖像要求不太高的場(chǎng)合。