（控制理论与控制工程专业论文）基于web服务器的远程视频监控系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着网络通信技术和嵌入式技术的发展，基于嵌入式w e b 服务器的视频监控系 统已成为监控领域的发展趋势，采用b s 架构的嵌入式w e b 服务器，监控者无需到 现场操作，系统成本低廉，设备体积小巧，安装方便，故障维护升级简单，安全可靠， 满足了现代家庭小型消费者的需求。 针对目前视频监控设备前端一体化、小型化和便携等相关需求，以动态数据交互 技术和移动通信技术为基础，借助嵌入式系统的网络支持，设计了一种基于w e b 服 务器的b s 方式的远程视频监控系统。目前3 g 无线通信网络正在普及，为了满足未 来移动监控的需要，本系统数据传输引入了3 g 无线模块的方案，为后续研究奠定了 基础。 设计中以三星$ 3 c 2 4 4 0 的a r m 9 芯片和2 6 内核的l i n u x 系统为软硬件开发平 台，结合嵌入式w e b 技术，给出了视频监控系统的总体设计方案，完成了b o o t l o a d e r 设计、l i n u x 2 6 内核和根文件系统的移植，深入研究了各个功能模块：u s b 摄像头对 视频数据的采集、存储，基于f f m p e g 的h 2 6 4 压缩编码，轻型嵌入式数据库s q l i t e 与c g i 动态链接，3 g 模块的移动通信网络传输，b o a 视频服务器的搭建和浏览器端 监控页面的设计。 本文研究的嵌入式w e b 服务器的远程视频监控系统，对车载视频监控和移动监 控的研究具有一定的参考价值。 关键词：嵌入式w e b ，v 4 l 2 ，f f m p e g ，b o a ，s q l i t e ，c g i a b s t r a c t a b s tr a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r kt e c h n o l o g ya n de m b e d d e d t e c h n o l o g y , t h ev i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mb a s e do nt h ee m b e d d e dw e b s e r v e rh a sb e e nt h e d e v e l o p m e n tt e n d e n c yi nt h em o n i t o r i n gf i e l d b e c a u s ea ne m b e d d e dw e bs e r v e rb a s e do n b si su s u a l l ya d o p t e db yr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m ，i tn e e d n tb eo p e r a t e da tas p e c i a l p h y s i c a lp o s i t i o n t h i sd e s i g nm e t h o dc a nr e d u c et h ec o s ta sw e l la st h es i z eo ft h ee n t i r e s y s t e m t h ed e v i c ei sm o r ec o n v e n i e n tt o b ei n s t a l l e d ，e a s i e rt ob em a i n t a i n e da n d u p g r a d e d i tc a np r o v i d es a f ea n dr e l i a b l es e r v i c e st om e e tt h es a f ed e m a n d sf o rm o d e m f a m i l i e s a i m i n ga ts a t i s f y i n gt h en e e d so ft h ef r o n t e n di n t e g r a t i o n ，c o m p a c t ，p o r t a b l ei n c u r r e n tv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m s ，aw e b b a s e dt h eb sm o d er e m o t ev i d e om o n i t o r i n g s y s t e m i sd e s i g n e d t h i sd e s i g ni sb a s e do nd a t ae x c h a n g et e c h n o l o g y , m o b i l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g ya n d 、析mt h es u p p o r to fe m b e d d e ds y s t e mn e t w o r k i n g 3 g w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sa r ec u r r e n t l yp o p u l a r , i no r d e rt om e e tt h en e e d so f f u t u r em o t i o nm o n i t o r , t h ed a t at r a n s m i s s i o no ft h es y s t e mi n t r o d u c e s3 gw i r e l e s sm o d u l e i tl a y st h ef o u n d a t i o nf o rf u r t h e rs t u d y w ea d o p ts a m s u n g $ 3 c 2 4 4 0c h i p so ft h ea r m 9a n dk e r n e l2 6l i n u xs y s t e m sa ss o f t h a r d w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mi no u rd e s i g n c o m b i n i n gw i t l le m b e d d e dw e bt e c h n o l o g y , t h e o v e r a l ld e s i g no ft h ev i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mp r o g r a mi s g i v e n w ea r em a i n l y e n g a g e di nf o l l o w i n gw o r k ：t h eb o o t l o a d e rd e s i g n ，l i n u x 2 6k e r n e la n dr o o tf i l es y s t e m p o r t i n g ，u s bc a m e r af o rv i d e od a t ac o l l e c t i o na n ds t o r a g e ，h 2 6 4c o m p r e s s i o nb a s e do n f f m p e g ，d y n a m i c - l i n k i n go fl i g h t w e i g h te m b e d d e dd a t a b a s es q l i t ea n dt h ec g i ，m o b i l e c o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r kt r a n s m i s s i o nb a s e do n3 gm o d u l e ，s t r u c t u r i n gb o av i d e o s e r v e ra n dd e s i g n i n gt h em o n i t o r i n gp a g ei n t h eb r o w s e r a ne m b e d d e dw e bs e r v e rf o rr e m o t ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e md e s c r i b e di nt h i sp a p e r h a sac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rv e h i c l ev i d e os u r v e i l l a n c ea n d m o t i o nm o n i t o r i n g k e yw o r d s ：e m b e d d e dw e b ，v 4 l 2 ，f f m p e g ，b o a , s q l i t e ，c g i i i 第1 章绪论 第1 章绪论 随着网络通信和微电子技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，人们的生产 行为、生活方式发生了重大的变化，视频监控以其直观、方便和内容丰富等特点日益 受到人们的重视。安防监控从银行到交通路口，从连锁超市n d , 区范围，都会看到监 控产品的存在，大量犯罪案件在安防监控产品的帮助下破获。人们意识到视频监控对 生产生活的安全非常重要，而网络视频监控凭借其先进的技术和贴近用户习惯的使用 方式，逐步走进人们的生活当中。 视频监控系统在保护安全、预防犯罪方面起到不可低估的作用，监控市场领域不 断扩大。据权威部门统计，1 9 9 8 年全国图像监控系统的市场总额为6 5 0 亿元，近年 来一直以每年1 5 至3 0 的速度快速增长【l l 。随着摄像设备价格逐渐下降、计算机 计算能力增强和网络速度的提高，视频监控技术得到了快速的发展。 1 1 课题研究的背景和意义 视频监控系统在工业生产领域、交通、银行和很多安全部门中得到广泛应用。视 频监控系统从第一代基于模拟摄像机的模拟监控系统，到第二代基于计算机的数字监 控系统，再到第三代基于嵌入式的网络数字监控系统，视频监控系统已经经历了三个 发展阶段 2 1 。目前的第三代视频监控系统是具有集前端一体化、图像数字化、监控网 络化、系统集成化等特性于一身的嵌入式w e b 技术的远程网络视频监控系统。 嵌入式视频w e b 服务器的主要原n 3 1 是视频服务器内置一个嵌入式w e b 服务器， 采用嵌入式实时多任务操作系统。前端摄像机送来的视频图像通过内部总线送到内置 的w e b 服务器，将采集到的原始图像经过编码压缩、打包等过程变成基于网络协议 的数据流，数据流通过网络进行传输，发送到终端用户。网络终端用户可以直接用浏 览器观看w e b 服务器上的摄像机图像，授权用户还可以也可通过专用的客户端软件 进行显示和各种操作。 嵌入式w e b 服务器视频监控系统与其它监控系统的比较有如下特点【3 】： 1 ) 布控区域广阔。嵌入式w e b 服务器监控系统的w e b 服务器直接连入网络，没 有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络没有距离概念，彻底抛弃了地域的限制，可 扩展布控区域。 2 ) 系统具有几乎无限的无缝扩展能力。所有设备都以i p 地址进行标识，增加设 备只是意味着i p 地址的扩充。 3 ) 可组成非常复杂的监控网络。采用基于嵌入式w 曲服务器为核心的监控系统， 第1 章绪论 在组网方式上与传统的模拟监控和基于p c 平台的监控方式有极大的不同，由于w e b 服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨 网关、跨路由器的远程视频传输。 4 ) 性能稳定可靠，无需专人管理。嵌入式w e b 服务器实际上基于嵌入式计算机 技术，采用嵌入式实时多任务操作系统；由于视频压缩和w e b 功能集中到一个体积 很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠 性大大提高；不需要专人管理，非常适合无人值守的环境。 5 ) 当监控中心( 监控者) 需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽会有一定 的要求。 本课题的视频监控系统适合于家庭小型监控需求，成本低廉，整体架构采用b s 结构，监控终端设备内集成w e b 服务器，设备无需依附任何p c 电脑，在a r m 上运 行免费开源的嵌入式l i n u x 系统，任何p c 或者手机浏览器都可以实时监控。为降低 成本，系统采用软件技术手段将视频采集压缩成适合网络传输的高码流压缩比的 h 2 6 4 格式，通过3 g 模块连接公共无线数据网络和i n t e m e t ，用户可以以w e b 浏览( p c 或手机) 的方式实时查看监控情况，可以进行画面浏览、历史数据查询等操作，并可 通过网络对监控录像进行实时存储和回放等功能；由于系统采用无线网络传输，既可 以实现监控系统使用者( 监控中心) 是移动的，也可以实现被控对象是移动的，如私家 车、出租车、运钞车等。本文对基于l i n u x 下的嵌入式开发具有一定的借鉴意义和应 用价值。 1 2 视频监控系统的发展趋势 将嵌入式系统技术、无线通信技术和基于t c p i p 的i n t e m e t 技术结合在一起的视 频监控系统将成为监控系统的未来发展方向。利用嵌入式技术采集并对现场信息进行 相应处理，再通过无线通信方式传输到i n t e m e t 上，用户通过i n t e m e t 来管理和使用 信息。由于采用了3 g 等无线数据通信方式，可省去有线方式下必须采用的物理布线， 并且无线方式有利于对监视点的合理安排，克服了传统系统只能用于固定现场的监 视。因此，这种监视方式在工农业生产、移动通信、家用电器自动化等领域都具有相 当广阔的应用前景。 目前，视频监控系统的发展趋势 4 1 可以概括为： 1 ) 视频监控数字化。 视频监控发展经历了模拟视频监控、半数字监控、数字监控三个阶段。对于视频 监控，数字化存储带来的是一场革命性的变化。数字化是2 1 世纪的时代特征，视频 监控的数字化是监控技术的必然趋势。 2 第l 章绪论 2 ) 视频监控智能化。 智能化是视频监控技术发展比较高级的层次。由于视频监控的数据量非常大，而 用户真正需要的信息只是少部分，真正需要监视的只是发生概率很小的某些事件，如 何通过海量数据获取有价值的信息，如何从目视解释变为机器自动解释是视频监控技 术发展的一个新方向。因为能把视频监控从静态的、事后取证变成动态的、实时预防 和告警对用户来说明显更加重要。实际上现有的大型监控系统都配置自动位移侦测、 昼夜自适应切换存储、预警设置( 如可疑人物照片、指纹等) 等一些基本的智能化功 能。 3 ) 视频监控i p 化。 视频网络、p t v 等都是网络快速发展的重要应用。随着i n t e r n e t 技术的发展，基 于的视频监控更能为人们所接受，网络摄像机把压缩的视频信息通过t c p i p 协议， 采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，拥有授权的用户可以随时访问互联 网，实现对整个监控系统的指挥、调度、存储、授权控制等功能。因此，基于p 的 视频监控将会成为主流。 4 ) 视频监控无线化。 随着无线宽带网络的发展，基于3 g 的无线视频应用备受关注。当监控点分散且 与监控中心距离较远，或被监控对象不固定( 如出租车、运钞车等) 时，利用传统有线 网络的视频监控往往成本高且难以实现，而基于多种无线传输手段的移动视频监控具 有不可替代的优势。 根据视频网络传输方式，远程视频监控系统可分为有线网络远程监控和无线网络 远程监控两种方式。无线视频监控系统克服有线网络铺设上投资成本高、距离受限的 弊端，使远程视频监控系统的无线化逐渐成为近年来的发展趋势。远程视频监控的无 线化包括两个方面： 1 ) 监控中心( 监控者) 和被监控对象都是可以移动的，不受有线网络束缚，监控 地点灵活，即监控者和被监控对象都可以是动态的。 2 1 视频监控网络的无线化。 无线网络远程监控又分为两种：一种单独构建无线网络，基于w l a n ( 无线局域 网) 、无线城域网的w i m a x 技术的视频监控系统技术已经成熟，但自己构建网络需 要传输设备、中继站等，工作量大。另一种基于移动通信网络，依托遍布全球的2 g 和3 g 无线通信网络，打破了距离的限制，可以实现全球漫游监控。2 g 通信网络主 要是利用g p r s c d m a e d g e 数据业务通过i n t e m e t 进行通信，g p r s c d m m e d g e 数据传输理论最大值为1 7 1 2 k b p s 1 4 4 k b p s 4 7 3 6 k b p s 。中国国产3 g 标准t d s c d m a 的通信网络，网络数据传输带宽将达到2 m b p s 。h 2 6 4 格式的压缩编码视频帧率为 3 0 f p s 2 5 f p s 1 5 f p s 所占用的码率为3 8 4 k b p s 2 5 6 k b p s 1 2 8 k b p s 【5 】。因此，基于3 g 通信 3 第1 章绪论 网络的远程视频监控系统有望实现实时监控流畅视频。 1 3 嵌入式视频监控系统常见设计方案 目前，国内外基于嵌入式网络视频监控系统的研究，一般集中于嵌入式视频监控 系统的设计、嵌入式操作系统的研究、视频图像处理以及视频图像的网络传输等几个 方面。 在嵌入式视频监控系统设计方面，一般考虑系统的整体结构和功能，基于b s ( 浏 览器和服务器) 或者c s ( 客户端和服务器) 架构，具体功能模块采用软件或硬件技术 等。例如小型网络摄像机，系统由图像传感器、嵌入式处理器、图像处理器、网络接 口组成，通过压缩优化算法和背景差分算法，可以使摄像机实现实时的图像压缩、传 输，并能跟踪目标，该系统的主要特点是实时性的提高【6 ，7 】；在嵌入式操作系统方面， 除对系统进行一些剪裁和移植外，一般集中于嵌入式系统驱动程序的研究，例如在嵌 入式l i n u x 下对视频采集设备驱动程序的研究等【8 ，9 】；关于视频图像处理的研究，一 般是通过一定的图形分析算法，实现目标识别，目标跟踪，以及报警等功能。例如利 用背景差分算法，在图像处理中控制运动模块，使摄像机可以跟踪信息库中的目标网 等i l o j ；对于视频图像网络传输的研究方面，例如，有在m 组播方式下的网络视频传 输方案，可以大大的节约网络带宽，提高视频的播放效率。或者采用流媒体的格式传 送视频图像数据，可以更好的实现视频的传输及播放等【l l 】。 现阶段，嵌入式网络视频监控系统的解决方案主要有以下几种： 1 ) 视频采集芯片+ d s p 处理器 该方案中由视频采集芯片完成图像的预处理，由d s p 完成图像的编码，基于 m p e g 4 、h 2 6 4 或m j p e g 标准的压缩，经以太网网络传输。方案的主要缺点是控制 不够灵活，不适合作系统控制，另外，d s p 通常没有强大的操作系统【1 2 】支持。 2 ) d s p 处理器+ 嵌入式处理器 该方案采用由d s p 完成基于m p e g - 4 、h 2 6 4 或m j p e g 标准的图像压缩，在嵌 入式处理器a r m f p g a 上运行嵌入式操作系统进行系统控制和网络传输。方案的主 要缺点是：由于有两个主要的芯片，设计、调试、使用等方面具有一定难度，且系统 成本偏耐1 3 j 。 3 ) 图像采集芯片+ 嵌入式处理器 该方案中，在嵌入式处理器上运行嵌入式操作系统进行系统控制和网络传输。方 案的主要缺点是：其应用主要针对某一类产品，如数码摄像机，所以具有一定的局限 性【1 4 1 ；缺乏强大的图像处理能力，很难满足高实时性要求【1 5 】。 4 ) 其他方案 4 第1 章绪论 可以采用d s p 中央处理器完成图像压缩编码、编码数据网络传输和本地存储， c p l d 完成图像采集的控制逻辑的脱机远程视频监控方案f 1 4 阚。 1 4 本文的主要研究工作 本文基于s 3 c 2 4 4 0 微处理器和嵌入式l i n u x 操作系统，设计了一套嵌入式w e b 服务器的远程视频监控系统，总体采用b s 架构，只需要服务器端设备进行视频采集， 远端可以通过任何浏览器就可访问服务器，观看实时的视频图像，并可对视频进行存 储、回放等控制。本系统成本低廉，具有独立性，适合家庭等小型消费者应用。本文 主要完成的工作有： 1 ) 视频监控系统总体方案设计。 2 ) 搭建嵌入式$ 3 c 2 4 4 0a r m 平台，配置主机开发环境。修改移植b o o t l o a d e r ， 制作c r a m f s 文件系统，在a r m 开发板上成功移植了l i n u x 2 6 1 2 内核。 3 ) 加载z c 3 01 摄像头驱动程序和v 4 l 2 视频采集程序设计。 4 ) 修改和移植视频编码软件f f m p e g 和数据库s q l i t e 软件。 5 ) 搭建嵌入式服务器，选用b o a 服务器为浏览器端提供c g i 服务，以及浏览器 端g u i 界面设计。 5 第2 章总体方案设计 第2 章总体方案设计及平台搭建 随着压缩编码技术、计算机网络技术和嵌入式系统的发展以及芯片成本的下降， 以嵌入式视频服务器为核心的视频监测系统在市场上崭露头角。通用的w | e b 服务器 通常用于有大量用户并发访问的普通网站，以强有力的数据库为用户提供商业服务， 而嵌入式处理器能力和存储容量有限，通用大型服务器无法在嵌入式设备上运行。因 此，采用功能相对简单、体积更小、消耗资源更少的嵌入式w e b 服务器，是近年来 出现的一种较为先进的方案。目前，嵌入式w e b 服务器的实现方法可以分成自主实 现和修改移植两种。自主设计需要自己开发网络协议，难度及工作量较大。由于l i n u x 的开放源码思想和优良的网络功能，使它非常适合于嵌入式w e b 服务器应用中，并 能为开发者缩短开发周期和成本，这种开发方式是现在以至今后流行的开发方法。 2 1 远程视频监控系统方案设计 比较1 3 节给出的几种嵌入式网络视频监测系统的解决方案，对于网络视频监控 系统来说，视频采集卡+ d s p 方案没有强大的操作系统和网络协议栈，不太适合做网 络视频监控系统；d s p + a r m 方案中，d s p 进行图像处理，a r m 进行指令控制，设 计得当效果不错，但该方案采用了两个处理器，成本提高，开发周期长，设计、调试 上也具有一定困难：视频采集卡+ a r m 方案缺乏强大的图像处理能力，不能满足实时 性要求。 目前，嵌入式微处理器性能大大提高，3 g 无线通信技术日趋成熟普及，因此， 本文方案只采用a r m 核心处理器，软件方式压缩视频图像，成本低廉，适合家庭应 用。 2 1 1 监控系统整体网络结构设计 嵌入式网络监控系统是以嵌入式设备作为w e b 服务器接入i n t e m e t 网络的。嵌入 式设备连接到网络后，以何种网络结构构成系统，就涉及到了网络体系结构的选择问 题。网络体系结构对整个网络监控系统来说是处于基础地位的，合理选择网络体系结 构对系统运行效率、系统应用的广泛性和可维护性都有至关重要的作用。c s 和b s 结构是当今世界开发模式技术架构的两大主流技术。c s 是美国b o r l a n d 公司最早研 发，b s 是美国微软公司研发。目前，这两项技术已被世界各国所掌握，国内公司以 c s 和b s 技术开发出的产品也很多，这两种技术都有自己一定的市场份额和客户群。 c s ( c l i e n s e r v e r ) 结构即客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，c s 结 构充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理地分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端，降低了 6 第2 章总体方案设计 系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是c l i e n t s e r v e r 形式的两层结构，由于 现在的软件应用系统正在向分布式的w e b 应用发展，w e b 和c l i e n ts e r v e r 应用都可 以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件。因此，内部的和外部的用户 都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用 系统。这也就是目前应用系统的发展方向【1 7 】。 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构即浏览器和服务器结构。它是随着i n t e m e t 技术的兴起， 对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过w w w 浏览器来实现，极少部分事务逻辑在客户端( b r o w s e r ) 实现，但是主要事务逻辑在服务 器端( s e r v e r ) 实现，形成所谓三层3 - t i e r 结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减 轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本( t c o ) 【18 1 。 c l i e n t s e r v e r 结构是建立在局域网的基础上的，b r o w s e r s e r v e r 结构是建立在广域 网的基础上的。总结它们主要的区别【1 7 ，1 8j 如下： ( 1 ) 硬件环境不同 c s 一般建立在专用的网络上，小范围里的网络环境，局域网之间再通过专门服 务器提供连接和数据交换服务。 b s 建立在广域网之上的，不必是专门的网络硬件环境，例如电话上网，租用设 备，信息自己管理，有比c s 更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览器就行。 ( 2 ) 对安全要求不同 c s 通常面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。一些高度机密的 信息系统采用c s 结构比较适宜，通过b s 发布部分可公开的信息。 由于b s 建立在广域网基础上，对安全的控制能力相对弱，面向的是不可知的用 户群。 ( 3 ) 对程序架构不同 c s 程序更加注重流程，也可对权限多层次校验，对系统运行速度可以较少考虑。 b s 对安全以及访问速度的多重考虑，建立在需要更加优化的基础之上。比c s 有更高的要求，b s 结构的程序架构是发展的趋势，从微软的n e t 系列，全面支持网 络的构件搭建的系统，到s u n 和i b m 推的j a v a b e a n 构件技术等，使b s 更加成熟。 ( 4 ) 软件重用不同 c s 程序从整体性方面考虑，构件的重用性不如在b s 要求下的构件的重用性好。 b s 的多重结构，具有构件相对独立的功能。 ( 5 ) 系统维护不同 系统维护是软件生存周期中开销大、相当重要的环节。 c s 程序必须从整体考察，处理出现的问题以及系统升级难，通常是再做一个全 新的系统。 7 第2 章总体方案设计 b s 构件组成方面，构件可个别的更换，实现系统的无缝升级。系统维护开销减 到最小，用户从网上自己下载安装就可以实现升级。 ( 6 ) 处理问题不同 c s 程序可以处理用户面固定，并且在相同区域，安全要求高的需求，与操作系 统相关，应该都是相同的系统。 b s 建立在广域网上，面向不同的用户群，分散地域，这是c s 无法做到的，与 操作系统平台关系最小。 ( 7 ) 用户接口不同 c s 多是建立在w i n d o w s 平台上，表现方法有限，对程序员普遍要求较高。 b s 建立在浏览器上，有更加丰富和生动的表现方式与用户交流，并且大部分难 度减低，降低开发成本。 ( 8 ) 信息流不同 c s 程序一般是典型的中央集权的机械式处理，交互性相对低。 b s 信息流向可变化。 综上所述，根据c s 和b s 结构的不同点，比较出c s 结构具有应用服务器运行 数据负荷较轻、数据的储存管理功能较为透明的优点，c s 结构的劣势是高昂的维护 成本且投资大。b s 结构维护和升级方式简单，成本低廉、操作系统选择更多，但有 应用服务器运行数据负荷较重的缺点。本文监控系统具有家庭小型应用的特点，数据 量不大，需要成本低廉、简单易用、维护方便，因此，本文的视频监控系统采用b s 结构。 2 1 2 视频监控系统硬件方案设计 本文视频监控系统开发采用优龙的y l p 2 4 4 0 开发板，c p u ：s a m s u n g $ 3 c 2 4 4 0 a ，主频4 0 0 m h z ；s d r a m ：6 4 m b ；n a n df l a s h ：6 4 m b 。u s b 摄像头采 用奥尼钻石之恋，其主控芯片为中星微3 0 1 h ，1 3 0 万像素。图2 1 为监控系统的硬件 结构： 图2 1 视频监控系统硬件结构 8 第2 章总体方案设计 硬件开发平台的实物图为2 2 所示。 2 2 开发平台硬件实物图 2 1 3 视频监控系统的系统软件选择 嵌入式操作系统已经被广泛应用到大量以嵌入式处理器为硬件基础的系统中，常 见的嵌入式操作系统【1 9 】有：l i n u x 、v x w o r k s 、w m d o w sc e 、s y m b i a n 、p a l m 等。这 些操作系统都各有自己强劲的优势，l i n u x 以其开源的经济优势得到中小型企业的青 睐；v x w o r k s 具有优良的可靠性和卓越的实时性，系统和开发环境都是专用的，开发 成本高、支持硬件数量有限，使得其多数应用在高精尖技术领域中：w m d o w $ c e 有 着全球最大的操作系统厂商m i c r o s o f t 强大的技术后盾，市场份额越来越多：s y m b i a n 操作系统是全球最大的手机开发制造商n o k i a 的手机操作系统，广泛应用于高端智 能手机上：p a l m 是专门为掌上电脑开发的o s ，占用内存少，具有极强的开放性。 本系统的嵌入式设备考虑到源代码的学习性和家用设备成本问题，采用了开放源 代码、高性能可剪裁内核、网络功能优秀的l i n u x 系统。本系统l i n u x 内核采用了2 6 1 2 版本，与2 4 x 版本相比，l i n u x 2 6 内核对系统的稳定性、统一的设备模型、即插即 用支持、大数量的r a m 支持、扩展性、文件系统等方面进行了改进，尤其是抢占式 内核、i o 性能的改进提高了系统的实时性。这将显著提高交互式和多媒体应用程序 的性能 2 0 1 。 因此，本文的嵌入式视频监控系统的总体架构图如图2 3 所示。 9 第2 章总体方案设计 客户端 客户端 图2 3 基于嵌入式w e b 服务器视频监控系统的总体架构图 2 2 系统开发平台的搭建 有的嵌入式操作系统的处理能力和存储能力较弱，不能在它上面安装开发软件； 有的嵌入式操作系统的处理器结构特殊，没有可以在上面运行的开发工具。所以，在 嵌入式系统开发时，通常需要采取交叉开发的方式进行。交叉开发环境的模型如图 2 4 所示。 i “1 ” 入 程序代码跨，+ ，。 目标程序 。， t r g e t h o s t 、 图2 4 交叉编译环境模型 t a r g e t 是嵌入式系统，h o s t 是开发主机。在开发主机上可以安装开发工具， 编辑、编译目标系统，然后在目标板上运行。这种在主机环境下开发，在目标板上运 行的开发模式称为交叉开发【2 1 1 。 2 2 1 主机开发环境的搭建 主机开发环境的建立流程： 1 安装系统 在p c 机上以“软件开发贯式定制安装f e d o r a l 0 ，配置f i r e w a l l 时选择n of i r e w a l l 。 2 m i n i c o m 的安装和配置 m i n i c o m 是串口通信工具，在宿主机上执行y u mi n s t a l lm i n i c o m ，自动从网络上 1 0 第2 章总体方案设计 下载m i n i c o m 的安装包并安装。在s h e l l 下配置m i n i c o m ： # m i n i c o i l l s 进入s e r i a lp o r ts e t u p ，对目标板的串口通信参数设置，修改串口设备( s e r i a ld e v i c e ) 为d e v t t y s 0 ；串口通信速率( e - b p s p a r b i t s ) 为115 2 0 08 n i ：硬件流控( f h a r d w a r ef l o w c o n t r 0 1 ) 为n o 。最后，保存配置退出。 3 t 却服务的安装配置 t r i p 协议是简单文件传输协议，基于u d p 协议，没有文件管理、用户控制等功 能，简单易行，适合目标板的b o o t l o a d e r ，用于主机和目标板之间的文件上传和下载。 y u r ni n s t a l lt f t pt f t p s e r v e r 时安装7 - - 个包客户端t 邱、服务器端t f t p s e r v e r 、守护进程 x i n e t d 。配置v i e t c x i n e t d d t f t p ，修改s e r v e r a r g s = sr f t p b o o t c ，这里的c 一定要加 上，否则只能下载不能上传。 建立t f t p 工作目录并修改属性( 不修改属性会出现e r r o r ) ： # c d | # m k d i rt f l p b o o t # c h m o d7 7 7 - r t f t p b o o t 开启t n p 服务： 拌e t c i n i t d x i n e t dr e s t a r t s t o p p i n gx i n e t d ：【o k 】 s t a r t i n gx i n e t d ：【o k 】 4 n f s 服务的安装配置 网络文件系统0 q f s ) 是一种将远程主机上的分区目录经网络挂载到本地系统的 一种机制，通过对网络文件系统的支持，用户可以在本地系统上像操作本地分区一 样来对远程主机的共享分区目录进行操作。因此，通过建立n f s ，把l i n u x 服务器 上的特定分区共享到待调试的嵌入式目标系统上，就可以直接在嵌入式目标系统上操 作l i n u x 服务器，同时在线对程序进行调试和修改，大大方便了软件的开发。 # r u mi n s t a l lp o r t m a pn f s - u t i l s # s e t u p 在s e r v i c ec o n f i g u r a t i o n 里选中n f s 服务，去掉i p t a b l e s 。 # v i e t c e x p o a s 加上( 州 舟e t c r c d i n i t d n f sr e s t a r t s h u t t i n gd o w nn f sm o u n t d ：【o k 】 s h u t t i n gd o w nn f sd a e m o n ：【o k 】 s h u t t i n gd o w nn f ss e r v i c e s ：【o k 】 1 1 第2 章总体方案设计 s t a r t i n gn f ss e r v i c e s ： s t a r t i n gn f sq u o t a s ： s t a r t i n gn f sd a e m o n ： s t a r t i n gn f sm o u n t & 2 2 2 交叉编译环境的搭建 交叉工具链是用来完成交叉编译的工具包， 3 4 1 版本的交叉编译器，安装步骤如下： # m k d i r u s r l o c a l a r m 【o k 】 【o k 】 【o k 】 【o k 】 本系统的y l p 2 4 4 0 开发板采用了 # t a rx j v fa r r n l i n u x - 3 4 1 t a r b z 2 枷i e t c b a s h r c 在最后增加路径e x p o r tp a t h = u s r l o c a l a r m 3 4 1 b i n ：$ p a t h ，以后编译内核或其 他应用程序均可用a r m 1 i n u x 来指定交叉编译器。可以使用e c h o $ p a t h 来查看环境 变量中是否有u s r l o c a l a r m 3 4 1 b i n 路径变量。 2 3 嵌入式lin u x 的移植 从软件的角度来看，一个嵌入式l i n u x 的系统通常可分为四个层次【2 l 】，如图2 5 所示： 图2 5 嵌入式系统的软件体系结构 这四个层次自下而上为： 1 ) 引导加载程序。包括固化在固件( f i r m w a r e ) 的b o o t 代码( 可选) 和b o o tl o a d e r 两大部分。 2 ) 操作系统内核。如l i n u x 内核，通常包含内核的启动参数。 3 ) 文件系统。包括根文件系统和建立于f l a s h 内存设备之上的文件系统。在嵌 入式系统中，通常用r a m d i s k 来作为文件系统。 4 ) 用户应用程序。针对特定用户的专用应用程序。有时在用户应用程序和内核 层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。 1 2 第2 章总体方案设计 2 3 1b o o t l o a d e r 的移植 b o o i l o a d e r 是操作系统内核运行前的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化 硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态。 y l p 2 4 4 0 开发板所带的b o o t l o a d e r 主要功能有文件下载( u s b 和串口) 、f l a s h 烧 写、启动存储在f l a s h 中的程序、设置启动参数( 针对l i n u x ) 。 本文使用2 0 针排线的d r a g o n j t a g 与开发板相连，借助开发板自带的烧写工具 f 2 4 4 0 ，烧写y l p 2 4 4 0 ab o o t l o a d e r b i n 。烧写程序所支持的f l a s h 有 k 9 s 1 2 0 8 ( n a n d ，6 4 m ) 、2 8 f 1 2 8 j 3 a 、a m 2 9 l v 8 0 0 、s s t 3 9 v f l 6 0 1 等，选择“0 k 9 s 1 2 0 8 采用n a n df l a s h 进行烧写，接着再在“i n p u tt a r g e tb l o c kn u m b e r ：栏下输 入偏移地址“0 ，接着回车，开始烧写程序，程序烧写完成后，输入“2 ”，再回车， 便可退出。过程如图2 6 所示。 图2 6 烧写程序过程 关闭电源，拔掉j t a g 插头，将j p i ( o m 0 ) 的短路帽接上，将p c 的串i = 1 和开发板 的串口2 通过串口线连接好，在p c 上启动d n w 程序，并通过c o n f i g u r a t i o n 选项设 置好p c 的串口和波特率，在s e r i a lp o r t 菜单下选择c o n n e c t ，注意不要有其他程序占 用所选中的串口。打开开发板电源，烧进n a n df l a s h 的程序b o o t l o a d e r 会 启动运行，如下图2 7 所示： 1 3 第2 章总体方案设计 曩曩，曩 - _ _ _ 啊唧_ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ ? 甲r _ ：_ = _ ：r 1 f 7 鼍露鄹? 唧碍孽墨鼍露碍曩露黑零黑零震，曩曩霹孵露露器嬲露黑爨嚣! ! 曩p 、。，囊穆i 黪毳黪一豢绣l ；： i 燃鹁臻舞麟孵秽黪荔妻薹蕊凌i 荔荔荔鬻；戮浚瓣辍爨獠 n u t o b e o t 船l 眇i s s e c t s - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ) c h e c k 嚣t 3 9 u f l 6 1f l a i l ll di s 矗e a l i l n s 嘲晴f l s h 柚i d1 5 螂l u n s u p p o r t e df l a s ht ，妒t f “it ow t t ec a l - r ali c ! i 咎n 罄p l l 眦l # l h ：s c h p ： h s ：1 h l c t i o i u n ：d h $ 3 c 2 k k nu $ 0d 0 v a l o a o e rv e ri 2 0 0 7l i a y f c l k - - 。螂z - 糖w d e h s l ：i he 娜r o i 小： o u ie 椭p o l 埘：3 f o r h r i ：( a d 噱1 9 x t a ) ：d i $ i z e ( n - 1 ：d ：n ，+ o “；：1 p o u e r f f ，no rp r e s st h er e s e t b u t t o nf o r1s i c l no r d e rt o g e tav a l i du $ 9d e v i c ea d d r e s s z 。f o ra 4 d i t t o n a lm u p r e s sa n 9k e p b s 0 h o s tl sn e tc o n n e c t