基于嵌入式Linux的網(wǎng)絡(luò)視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)_漆源_圖文

1、 基于嵌入式 L i n ux 的網(wǎng)絡(luò)視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)漆 源 , 程 恩 , 莊子明(廈門大學(xué)水聲通信與海洋信息技術(shù)教育部重點實驗室 , 福建省廈門市 361005摘 要 :介紹一種基于嵌入式 L inux 的網(wǎng)絡(luò)視頻實時監(jiān)控系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)采用客戶 /服務(wù)器結(jié)構(gòu) , 應(yīng) 用 MPEG 24硬編碼壓縮方案和 RTP /RTCP協(xié)議 , 通過 TCP /I P 協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信 。實現(xiàn)了用戶對單 /多個網(wǎng)絡(luò)攝像頭的同時監(jiān)控 , 還可進行遠程控制和管理 , 并具有運動檢測和報警聯(lián)動功能 。關(guān)鍵詞 :網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) ; 嵌入式 L inux; 遠程監(jiān)控中圖分類號 :TP277收稿日期 :20082

2、03224; 修回日期 :2008204221。 基金項目 :國家自然科學(xué)基金 (60672046 。0 引 言傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在集中監(jiān)控路數(shù)少 、 距離有 限 、 布線復(fù)雜等缺點 。目前流行的網(wǎng)絡(luò)攝像頭具有獨 立完成網(wǎng)絡(luò)傳輸功能 , 不需要另外接入計算機 , 故能實 現(xiàn)簡單的 I P 方式組網(wǎng) , 是傳統(tǒng)模擬監(jiān)控所無法實現(xiàn) 的 。 限 、 系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點 測要求 , 芯 片 Z228為核心 , 采用 S DRAM , 開發(fā)出最小 應(yīng)用單板系統(tǒng) , 實現(xiàn)了一種以嵌入式服務(wù)器為基礎(chǔ)的 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) , 經(jīng)驗證 , 本系統(tǒng)視頻清晰 、 通信時 延較小 、 成本低 、 穩(wěn)定性強 、 可擴展

3、性好 。 適合銀行 、 住 宅小區(qū) 、 幼兒園的遠程監(jiān)控 , 是多媒體監(jiān)控領(lǐng)域未來的 發(fā)展方向 。1 系統(tǒng)的應(yīng)用方案本系統(tǒng)中 , 網(wǎng)絡(luò)攝像頭利用以太網(wǎng)接口 /WiFi 模 塊接入有線 /無線網(wǎng)絡(luò) , 用戶通過網(wǎng)絡(luò)用 PC 、 手機或 P DA (個人數(shù)字助理 等個人終端監(jiān)控遠程畫面 。本系統(tǒng)由前端網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)端和遠程客戶監(jiān)控端 2部分組成 , 利用多播技術(shù)實現(xiàn)了在以太網(wǎng)絡(luò)及無線 網(wǎng)絡(luò)多對多的監(jiān)控 , 可在客戶端和服務(wù)端之間傳送音 視頻碼流和控制信息 。 客戶端設(shè)計了基于不同平臺的 3種客戶端軟件 , 可完成設(shè)定運動檢測區(qū)域及靈敏度 并且聯(lián)動發(fā)送照片到指定郵箱 、 設(shè)定用戶權(quán)限 、 使視頻 時間

4、與網(wǎng)絡(luò)或用戶本地時間同步 , 定制圖像質(zhì)量參數(shù) 等功能 。 每個網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)端具有網(wǎng)段內(nèi)唯一 I P 地 址 , 通過網(wǎng)絡(luò)連接方便對該設(shè)備 (I P 地址 進行控制管理 , 也可通過 I P 地址識別 、 管理 、 控制該攝像服務(wù)端所 連接的視頻源 , 故其組網(wǎng)只是簡單的 I P 網(wǎng)絡(luò)連接 , 新 增一個設(shè)備只需要增加一個 I P , 極大地方便了原 。 , , 音視頻數(shù)據(jù) I P 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸 , 服務(wù)器端 RTP (實時傳 /RTCP (實時傳輸控制協(xié)議 , 也支持 Ra w 2TCP 、 Ra wUDP 這 2種非常簡單的傳輸方式 。在嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)中 , 系統(tǒng)的主 芯片采

5、用嵌入式微控制器多媒體片上系統(tǒng)芯片 Z228為核心 , Z228采用了 ARM9系列中 AR M926EJ 處理器 內(nèi)核 。 這里利用 Z228搭建嵌入式 L inux 操作系統(tǒng)平 臺 , 完成視頻采集 、 MPEG 24編碼 、 音頻壓縮 、 音視頻同 步和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。在本系統(tǒng)中 , 視頻處理和 W eb 服務(wù)器集成為服務(wù)端 , 由安裝在現(xiàn)場的嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝 像機從 C MOS 攝像頭獲得原始的視頻信號 , 通過視頻 編碼器 , 將模擬視頻數(shù)字化 , 并硬件壓縮成 MPEG 24視 頻數(shù)據(jù) , 然后通過以太網(wǎng)接口或 W iFi 模塊連接到 I n 2ternet; 監(jiān)控客戶端連接到計算機

6、網(wǎng)絡(luò)上 , 獲得從嵌入 式視頻監(jiān)控模塊傳過來的 MPEG 24視頻數(shù)據(jù)進行解 碼 , 授權(quán)用戶直接通過 I E 瀏覽器或者下載專用軟件即 可觀看攝像機的視頻圖像 , 還可以對系統(tǒng)進行配置 。 該系統(tǒng)支持多個客戶端同時監(jiān)控 , 并且支持單個客戶 端同時收看多達 16個不同的監(jiān)控畫面 , 用戶對每一個 畫面都能進行單獨操作 。2 軟件實現(xiàn)2. 1 軟件架構(gòu)該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)端 、 客戶監(jiān)控端和傳輸信道 3部分 。 由遠程客戶監(jiān)控端通過傳 輸信道向網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)端發(fā)送控制信息 , 并且接受服 務(wù)器端的反饋信息和媒體數(shù)據(jù) 。 其軟件結(jié)構(gòu)見圖 1。57 第 34卷第 9期 2008年 9月

7、 電 子 工 程 師 E LECTRON I C E NGI N EER Vol. 34No . 9Sep. 2008 圖 1 I PCA M 軟件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)端主要功能有 :提供配置接口 , 支持多路 模擬音視頻輸入 , 對其進行采樣 和壓 縮編碼 ; 通 過 LAN /WAN/I nternet 向遠程客戶端傳送音視頻編碼數(shù) 據(jù)和通知控制命令 , 反饋服務(wù)器端消息 ; 圖像運動檢測 并向客戶端發(fā)送報警信號 ; 內(nèi)置嵌入式 W eb 服務(wù)器 , 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像機的網(wǎng)絡(luò)和音視頻信息 。遠程客戶監(jiān)控端的主要功能有 :控制和配置服務(wù) 器端 , 并且接收媒體數(shù)據(jù)和通知消息 ; 通過網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò) 攝像

8、機發(fā)送控制命令 , 包括與網(wǎng)絡(luò)攝像機要求建立連 接 , 調(diào)節(jié)圖像參數(shù)等 ; 視頻編碼數(shù)據(jù) , 解碼播放 , ; 報警信號 , ; 。 基于 W indows 瀏覽 器的監(jiān)控終端 、 操作系統(tǒng)的單路 /多路監(jiān) 控終端 、 基于 W inCE 的嵌入式監(jiān)控終端 。傳輸信道分為控制通道和媒體通道 2部分 。其 中 , 控制通道傳輸音視頻控制信息 , 比如客戶端獲取服 務(wù)器端的媒體類型 、 客戶端設(shè)置服務(wù)器端的相關(guān)音視 頻屬性等 ; 媒體通道是由服務(wù)器端傳輸大量的音視頻 數(shù)據(jù)給客戶端 , 比如一幀一幀的視頻數(shù)據(jù) 。在服務(wù)器 端和客戶端 , 大量的音視頻數(shù)據(jù)是通過 TCP /I P 網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議傳輸?shù)?,

9、 運輸層協(xié)議采用的是注重數(shù)據(jù)傳輸實時 性的 RTP, 此協(xié)議提供的服務(wù)包括時間載量標識 、 數(shù)據(jù) 序列 、 時戳 、 傳輸控制等 , 用于 I nternet 上針對多媒體 數(shù)據(jù) 流 的 一 種 實 時 交 互 應(yīng) 用 的 傳 輸 協(xié) 議 , RTP 與 RTCP 一起得到數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍┫嚓P(guān)的控制信息 , 一 起提供流量控制和擁塞控制服務(wù) , 用于傳輸通用格式 , 其目的是提供時間信息和實現(xiàn)流同步 。 RTP 和 RT CP 配合使用 , 能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率 最佳化 , 因而特別適合傳送網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù) 。 2. 2 服務(wù)器端軟件網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)器端分為媒體服務(wù)器和遠程控制服 務(wù)器

10、 2部分 。 遠程控制服務(wù)器負責(zé)接收控制命令 , 反 饋服務(wù)器狀態(tài) , 并進行網(wǎng)絡(luò)配置 ; 媒體服務(wù)器負責(zé)處理 和傳輸媒體數(shù)據(jù) 。 具體軟件結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示 。媒體服務(wù)器提供 N 個媒體源 , 每個媒體源賦予唯 一的整數(shù)編號 , 編號取值為 0N -1?？蛻舳丝梢越邮諒拿襟w服務(wù)器傳來的媒體數(shù)據(jù) , 但是不可以直接對 媒體服務(wù)器進行配置 。 客戶端只能通過遠程控制服務(wù) 器對媒體服務(wù)器進行配置 , 如果客戶端不需要對媒體 服務(wù)器進行控制 , 甚至都可以不與遠程控制服務(wù)器進 行通話 , 而是直接從媒體服務(wù)器接收數(shù)據(jù) 。圖 2 服務(wù)器端軟件結(jié)構(gòu)進行交互 , 。 遠程控制服務(wù) T CP , 服務(wù)器 ,

11、 即會回復(fù)一個反饋命令包 。除 了命令和反饋之外 , 服務(wù)器端還會不定期發(fā)出通知消 息命令包 , 對這些通知消息 , 客戶端無需進行應(yīng)答 。 其 中 , 查詢過程和反饋過程基于 UDP 的單播 /廣播 /多播 技術(shù) , 連接與數(shù)據(jù)交換過程基于 TCP 協(xié)議 。 2. 3 客戶端軟件這里重點介紹基于 W indows 的監(jiān)控終端 , 可分為 基于 I E 瀏覽器和基于 W indows 系統(tǒng) 2種 。前者通過 服務(wù)器端提供的 W eb 應(yīng)用接口 , 用 CGI 程序通過遠程 管理器進行設(shè)備管理 , 并通過遠程控制協(xié)議進行通信 , 然后通過應(yīng)用 ActiveX 控件的 W eb 頁面提交用戶輸入

12、數(shù)據(jù)到遠端 W eb 服務(wù) , 實現(xiàn)控制功能 , 這種基于網(wǎng)絡(luò) 瀏覽器的方式重點考慮的是用戶權(quán)限和安全問題 , 因 此 , 用戶身份驗證是一個很重要的環(huán)節(jié) 。后者應(yīng)用微 軟的 VC+工具開發(fā) , 用戶可直接下載使用 。其具體 軟件結(jié)構(gòu)如圖 3所示 。VC+編寫的基于 MFC 的多路監(jiān)控客戶端軟件的 基本要求是要同時監(jiān)控多個攝像服務(wù)器 , 設(shè)定是否運 動檢測 , 當(dāng)有報警產(chǎn)生時可以針對該服務(wù)器進行單獨 處理 , 如進行錄像拍照等 。 可實現(xiàn) 1/4/9/16畫面的視 頻監(jiān)控 , 同時 , 為了觀察方便還應(yīng)支持單個的全屏顯 示 、 當(dāng)前時間同步等功能 。 其軟件實現(xiàn)構(gòu)架見圖 4。多路監(jiān)控軟件的底層

13、是對各種顯示界面的控制 , 如多路監(jiān)控 、 單路監(jiān)控及全屏顯示 ; 上層是對客戶端的 控制 , 比如控制顯示窗口的大小 、 位置 、 錄像控制等 。 其中 Client V ie wer 是整個系統(tǒng)的一個核心模塊 , 它對67 計算機與自動化技術(shù) 電 子 工 程 師 2008年 9月 服務(wù)端中的一些 AP I 進行封裝 , 主要對服務(wù)器傳來的碼流進行控制 、 解碼等 , 然后通過它的子模塊 Clien 2t Record 客戶端錄像控制模塊來設(shè)置各種錄像參數(shù) , 保存錄像文件 ; Client M anager 模塊用于控制系統(tǒng)底層的 操作 , 同時向上層提供控制接口 。3 系統(tǒng)特點本網(wǎng)絡(luò)視頻

14、監(jiān)控服務(wù)器具有以下特點 :a 將多對多的監(jiān)控模式 、 網(wǎng)絡(luò)傳輸 、 錄像與播放 等功能集為一體 , 目前對于模擬階段及第一代網(wǎng)絡(luò)性 能不好的設(shè)備而言 , 本設(shè)計可以提供較低成本且實用 的多功能解決方案 。 b 攝像服務(wù)端即網(wǎng)絡(luò)攝像機可以直接通過路由接入以太網(wǎng) , 或利用 W iFi 技術(shù)接入無線網(wǎng)絡(luò) , 免去了 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像頭布線復(fù)雜的特點 , 也便于安裝和移動 。c 通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)只要能上網(wǎng)的地方就可以 進行監(jiān)控 , 客戶端采用配套的解碼器還可以無需計算 機就能直接用 P DA 、 手機 、 P MP 等便攜設(shè)備通過無線 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 , 隨時隨地的監(jiān)控模式給用戶帶來極大方便 。d 應(yīng)用簡單便

15、捷的運動檢測功能和報警聯(lián)動功 能可以方便用戶對監(jiān)控信息的保存和查看 。e 對網(wǎng)絡(luò)瀏覽器用戶采用用戶密碼管理 , 有效地 保護了監(jiān)控信息 , 安全性能良好 。4 結(jié)束語本網(wǎng)絡(luò)視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)具有傳統(tǒng)模擬輸出系統(tǒng) 無可比擬的優(yōu)勢 , 用接口協(xié)議 , , 能夠與未來全數(shù)字 、 、 、 。 從長 參 考 文 獻1呂麗剛 , 謝曉竹 . 遠程視頻監(jiān)控中的目標檢測和多播傳輸J .微計算機信息 , 2007, 24(523 :3062307.2趙方鵬 , 楊建華 , 趙忠 , 等 . 基于嵌入式 L inux 的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) J .測控技術(shù) , 2007, 26(5 :55257.3何小海 , 王正勇

16、. 數(shù)字圖像通信及其應(yīng)用 M.成都 :四川大學(xué)出版社 , 2006.4康宗明 , 謝時根 , 謝攀 , 等 . 基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計 J .電視技術(shù) , 2002(8 :79281.5K UROSE J F, ROSS KW. Computer net w orking:A t op 2downapp r oach featuring the I nternetM.Third Editi on . Bost on, MA, US A:Pears on /Addison W esley, 2005. 漆 源 (19832 , 女 , 碩士研究生 , 主要研究方向為水聲通 信

17、 、 嵌入式系統(tǒng)和圖像處理 。A Network Vi deo Real 2ti m e M on itori n g Syste m Based on E mbedded L i n uxQ IY uan, CHENG En, ZHUANG Z i m i n g(Key Laborat ory of Under water Acoustic Communicati on and Marine I nf or mati on Technol ogy,M inistry of Educati on, Xia men University, Xia men 361005, China Abstract:This paper describes the realizati on of a real 2ti m e net w ork video monit oring syste m.Thesche me uses client/server structure, adop tsMPEG 24coding and RTP /RTCP p r ot ocol t o i m p le ment the net w ork communicati on thr ough TCP /I P p r ot