基于嵌入式网络虚拟实验室视频监控系统设计

摘 要 网络虚拟实验室能够实现无空间限制、无地域限制的实验设备的共享，甚至可以远程操作。本文完成了网络传输程序设计，既实现了C/S模式下的网络通信，又实现了B/S模式下的网络通信，使用户既能通过网络用专用软件对实验室进行监视，也可以直接用常用的浏览器来完成监视任务。旨在开发设计一种成本低廉、用于实时观测高校网络实验室真实物理设备运行或者生化反应渐变过程的基于嵌入式的网络视频监控系统。

关键词 网络虚拟实验室 视频监控 嵌入式 B/S模式

中图分类号：TP368 文献标识码：A

一、引言

网络虚拟实验室是使用BSDA结构，通过校园网，学校教师和学生将可以有效利用空余时间，随时的使用实验室的资源和设备，同时老师可以通过网络远程指导学生进行实验，通过网络虚拟实验室可以使学校各个学院之间的实验室资源得到共享，避免了重复投资、浪费资源的现象，有利于学校的发展节约很多资金。国内外的很多学校和科研机构已经搭建了许多成功案例。

网络虚拟实验室视频监控系统将嵌入式技术和视频传输技术有效结合在一起，克服了以往视频监控系统的局限性，改善了以往视频监控系统的缺陷。嵌入式网络视频监控系统的硬件是一个单独的设备，它不受到计算机系统中其它软件影响，所以更加稳定，便于实现模块化设计。网络虚拟实验室视频监控系统通过网络浏览器可以进行远程实时控制与维护。

本设计旨在开发设计一种成本低廉、用于实时观测高校网络实验室真实物理设备运行或者生化反应渐变过程的基于嵌入式的网络视频监控系统，该系统同时具有录像功能，以便将夜间的实验过程真实记录下来，便于实验者日后查询需要。

二、嵌入式系统发展趋势

嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。是以应用为主，软硬件可裁剪的专用计算机系统。嵌入式系统的开发需要把软件、硬件以及人力资源等元素综合起来考虑。事实上，任何一个嵌入式产品都是软、硬件的结合体，都是软、硬件综合开发的结果，因此在系统开发过程中，必须综合考虑各个方面的因素。

三、基于嵌入式的网络虚拟实验室视频监控系统整体结构

本系统由监控前端部分、网络通讯部分和远程监控端部分构成，图 1为一个视频采集系统整体结构示意图。

监控前端部分用来完成视频采集工作，也叫视频采集部分，可由传感器和本地处理单元构成。本设计中为了降低成本采用普通的USB口摄像头来获取视频图像。视频采集部分主要分为基于嵌入式处理器的方法，它是利用嵌入式设备或嵌入式处理器等组成智能摄像头；在这种方法下视频采集部分具有结构小巧、性能稳定、系统专用性强，可适用于多种场合等特点，是现在最好的一种方法之一，因此本设计中采用此方法搭建。然而，由于要同时实现视频采集、数据存储、数据压缩、网络通信等功能，因此对软硬件设备和系统开发有很高要求，在功能实现上受硬件设备性能的影响比较大。

四、基于嵌入式的网络虚拟实验室视频监控系统的实现

（一）Linux下的视频数据采集的实现。

通过Video4Linux实现在Linux下对于视频采集设备的支持，通常简称为V4L。在Linux下，V4L决定了视频采集设备的正常使用，因此在编译Linux内核时应注意如下配置：首先选中编译Mulitmedia devise―>Video for Linux，再在Mulitmedia devise―>Video for Linux―>的各项按照视频采集设备的类型进行配置。

本系统中采用USB接口的通用外置红外摄像头，该摄像头的配套芯片为微星ZC301芯片，为确保微星ZC301接口芯片在Linux下的正常驱动，即能够支持该主机的USB控制器UHCI或OHCI，以及内核中Video4Linux的支持，必须将其驱动程序加载进系统内核，当驱动程序加载完成，摄像头可正常工作后，即可进行下一步对视频流的采集编程。

（二）网络传输模块的设计。

本系统采用基于socket套接字的以太网口编程。Socket就是网络进程中的ID。网络通信实际上就是是进程间的通信。在网络中，每个节点都有一个唯一的IP地址，两个进程在通信的时候，先确定双方的IP地址。但是IP地址只能确定进程所在的终端，而同一个终端可能会有多个进程，所以只有IP地址还不能够确定单个进程，因此还需要用Socket提供的其它信息：端口号。对于同一终端机而言，一个端口号只能分配给一个进程。所以将网络地址和端口号结合就可以确定Internet网中的网络进程。

五、研究结论

嵌入式网络虚拟实验室视频监控系统将嵌入式技术和视频传输技术有效结合在一起，克服了以往视频监控系统的局限性，改善了以往视频监控系统的缺陷。网络虚拟实验室视频监控系统通过网络浏览器从 Internet 监控系统实时信息，从而实现了远程实时控制、调整、维护。本设计完成了网络传输程序设计，既实现了C/S模式下的网络通信，又实现了B/S模式下的网络通信，使用户既能通过网络用专用软件对实验室进行监视，也可以直接用常用的浏览器来完成监视任务。

（作者：南京理工大学教师）

参考文献：

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[2]张洋， 王健. 基于Intel PXA255平台的网络摄像机设计[J]. 单片机与嵌入式系统. 2004， （2）： 51-53.

[3]李冰， 孙建平， 谭悦， 张启勤. 基于嵌入式linux与S3C2410的网络视频监控[J]. 华北电力大学学报， 2006. 7： 9