基于uClinux嵌入式网络视频监控系统设计

【摘要】网络视频监控系统能够实现多方位、分布式的远程监控，开放的Linux，以其优良的特性提供了嵌入式的开发系统平台。研究设计了嵌入式网络视频监控系统，进行了详细的硬件总体结构设计，分析了硬件各组成部分的具体功能。给出了基于B/S结构的软件总体结构，并对各软件模块作了说明。

【关键词】嵌入式系统;视频监控;uclinux

1.引言

视频监控以其能够实时、形象、真实地反映被监控对象的特性而逐渐成为现代化管理、检测、控制的重要技术手段之一。而网络视频监控系统能够更好的满足人们对视频监控的实际需求，实现多方位、分布式的远程监控。嵌入式数字视频监控系统不仅符合信息产业的未来发展趋势，而且代表了视频监控技术的未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和经济效益。

在远程监控系统的应用中，往往要求监控中心的主机可以同时接收一路或多路监控数据，并且可以同时发送一路或多路的控制指令。因此，如何在有限带宽的前提条件下，将多个现场的监控数据方便、高效地通过计算机网络传送到监控主机上，是该类系统要解决的主要问题。本文设计了一种基于uClinux的嵌入式网络服务器的视频监控系统。

图1 监控系统硬件结构图

2.系统总体硬件设计

本系统以uClinux操作系统为核心对嵌入式视频服务器进行设计，并采用流媒体MPEG_4技术，通过IP多播技术、实时传送、接收和存储视频流。系统采用分布式设计，可通过网络实现对多个监控对象的实时监控。非常适合对有众多的监控单元，又分布比较松散的对象进行集中和即时监控。

2.1 系统硬件结构

系统的基本硬件结构如图1所示，其中嵌入式网络视频服务器是视频监控系统中最关键的组成部分。

图2 视频服务器与其它设备的连接图

2.2 系统各部分硬件功能

（1）网络视频服务器

本系统中的嵌入式网络视频服务器采用嵌入式一体化结构，是一种内置Web服务器并提供网络视频传输和共享的嵌入式设备。它与其它设备的连接情况如图2所示。

网络视频服务器功能有：

A）采集一路由摄像机输入的模拟视音频信号，该信号转化成数字信号，再经过实时压缩后发送到网络;

B）能够从网络接收一路数字视频信号，经过解压等过程，将该信号输出到电视机后，得到声音和图像;

C）能够接受告警设备传来的告警信号，并发送到网络，实现告警功能;

D）能够转发外部设备与网络间的通信，是外部设备与网络之间的通信枢纽;

E）可通过Web服务器接收网络传来的控制指令或通过串行口接收本地控制指令。

（2）摄像机

负责向视频服务器提供一路模拟视频信号。摄像机通过RS-485接口（或RS-232接口）受外界控制，控制命令为一系列的ASCII码，可以调整摄像头的焦距和控制云台的转动。

（3）控制台

控制台是一个通过RS-232接口与网络视频服务器相连的控制终端，可设置包括视频编码的发送地址、视频解码的接收地址、外部设备控制通道和告警通道参数、编码的视频音频参数等多项内容，具体请看章节5.3.3.

（4）告警设备

告警设备通过告警线接口与视频服务器相连，可对温度、烟雾、湿度等实施告警。

（5）网络硬盘录像机

监控图像的存储在网络硬盘录机像中，在系统管理服务器的管理下，完成图像的存储和录像回放。

（6）系统管理服务器

系统管理服务器是任意一台与网络相连，并运行着系统管理软件的PC机。系统管理服务器负责整个监控系统的管理。

（7）监控点

监控点是任意一台与网络相连，并运行着通信控制模块、视频接收播放模块的PC机。监控点必须接受系统管理服务器的用户管理，通过・对视频管理服务器发送各种服务请求，获得相应权限的各种监控系统服务，可以将接收到的监控图像存储在本机的硬盘中。

3.系统总体软件设计

3.1 软件总体结构

本系统的软件结构采用了B/S结构，如图3所示。监控点的客户端经过授权后，通过浏览器连接视频服务器端的Web服务器，在动态网页里完成对视频服务器的控制。Web服务器得到客户端的接收地址和端口后，服务器端向客户端发送视频流。（下转第161页）（上接第159页）本系统的软件结构包括两大部分：视频服务器软件和管理服务器软件。视频服务器软件运行在视频服务器嵌入式uClinux平台下;管理服务器软件运行在PC机Windows平台下。

图3 监控系统软件结构

3.2 系统各部分软件功能

（1）视频服务器软件

A）制台控制模块

通过控制台接收本地用户的控制指令，实现对设备各种工作参数的设置。

B）Web服务器模块

通过网络接收远端用户的控制指令，实现对设备各种工作参数的设置。

C）视频接收和发送模块

将一路编码后的数字视频信号发送到网络，同时从网络接收一路数字视频。

D）数据通道模块

实现网络通信协议与串行口通信协议的转换，目的是使远端的网络用户能够控制通过串行线与视频服务器的外部设备。

E）告警模块

监听告警设备的告警信号，并将告警信号发送到网络。

（2）管理器服务软件

A）通信控制模块

通过通信控制模块连接视频服务器内置的Web服务器，网络用户使用浏览器通过连接不同的网址，连接不同的视频服务器。通过动态网页实现对所连接的视频服务器的各项参数配置;可通过TCP网络协议与视频服务器中的数据通道模块和告警模块建立连接，完成对摄像机等外部设备的控制，以及告警信号的接收。

B）视频存储模块

控制网络硬盘录像机，完成图像的存储和录像回放。

C）视频接收播放模块

控制解码软件和媒体播放软件，可经过画面分割，在显示屏上同时显示多个监控图像或录像。

D）用户管理模块

用户管理模块运行在管理服务器上，负责处理用户的系统服务申请，用户获得系统服务需要经过管理服务器的授权。

在简化的系统实现中，监控端、管理服务器和控制台可以在同一台PC机上实现，在这种情况下，管理软件、解码软件和终端显示软件运行在同一台主机上，但仍然通过网络接口通信。如果采用硬件解码，用户可以根据实际需要，选择专用的网络视频解码器，或利用该网络视频服务器实现硬件解码。

4.结束语

开放的Linux，以其优良的特性，提供了低门槛进入嵌入式商业开发的系统平台。为了满足对高性能视频监控系统的市场需求，嵌入式远程网络视频监控系统开发是未来视频监控技术发展的主要方向。

参考文献

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[4]陈利君，冯锐.Linux操作系统结构分析[M].北京：中国电力出版社，2003：65-70.

作者简介：栾宝宽（1970―），男，讲师，现供职于海军航空工程学院青岛分院，主要从事无线电导航专业教学、科研工作。