基于嵌入式Linux的网络视频实时监控系统_漆源

1、 基于嵌入式 L i n ux 的网络视频实时监控系统漆 源 , 程 恩 , 庄子明(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室 , 福建省厦门市 361005摘 要 :介绍一种基于嵌入式 L inux 的网络视频实时监控系统 。 该系统采用客户 /服务器结构 , 应 用 MPEG 24硬编码压缩方案和 RTP /RTCP协议 , 通过 TCP /I P 协议进行网络通信 。实现了用户对单 /多个网络摄像头的同时监控 , 还可进行远程控制和管理 , 并具有运动检测和报警联动功能 。关键词 :网络视频监控系统 ; 嵌入式 L inux; 远程监控中图分类号 :TP277收稿日期 :20082

2、03224; 修回日期 :2008204221。 基金项目 :国家自然科学基金 (60672046 。0 引 言传统视频监控系统存在集中监控路数少 、 距离有 限 、 布线复杂等缺点 。目前流行的网络摄像头具有独 立完成网络传输功能 , 不需要另外接入计算机 , 故能实 现简单的 I P 方式组网 , 是传统模拟监控所无法实现 的 。 限 、 系统稳定性差等缺点 测要求 , 芯 片 Z228为核心 , 采用 S DRAM , 开发出最小 应用单板系统 , 实现了一种以嵌入式服务器为基础的 网络视频监控系统 , 经验证 , 本系统视频清晰 、 通信时 延较小 、 成本低 、 稳定性强 、 可扩展

3、性好 。 适合银行 、 住 宅小区 、 幼儿园的远程监控 , 是多媒体监控领域未来的 发展方向 。1 系统的应用方案本系统中 , 网络摄像头利用以太网接口 /WiFi 模 块接入有线 /无线网络 , 用户通过网络用 PC 、 手机或 P DA (个人数字助理 等个人终端监控远程画面 。本系统由前端网络摄像服务端和远程客户监控端 2部分组成 , 利用多播技术实现了在以太网络及无线 网络多对多的监控 , 可在客户端和服务端之间传送音 视频码流和控制信息 。 客户端设计了基于不同平台的 3种客户端软件 , 可完成设定运动检测区域及灵敏度 并且联动发送照片到指定邮箱 、 设定用户权限 、 使视频 时间

4、与网络或用户本地时间同步 , 定制图像质量参数 等功能 。 每个网络摄像服务端具有网段内唯一 I P 地 址 , 通过网络连接方便对该设备 (I P 地址 进行控制管理 , 也可通过 I P 地址识别 、 管理 、 控制该摄像服务端所 连接的视频源 , 故其组网只是简单的 I P 网络连接 , 新 增一个设备只需要增加一个 I P , 极大地方便了原 。 , , 音视频数据 I P 网络协议传输 , 服务器端 RTP (实时传 /RTCP (实时传输控制协议 , 也支持 Ra w 2TCP 、 Ra wUDP 这 2种非常简单的传输方式 。在嵌入式的视频监控系统应用结构中 , 系统的主 芯片采

5、用嵌入式微控制器多媒体片上系统芯片 Z228为核心 , Z228采用了 ARM9系列中 AR M926EJ 处理器 内核 。 这里利用 Z228搭建嵌入式 L inux 操作系统平 台 , 完成视频采集 、 MPEG 24编码 、 音频压缩 、 音视频同 步和网络传输等功能 。在本系统中 , 视频处理和 W eb 服务器集成为服务端 , 由安装在现场的嵌入式网络摄 像机从 C MOS 摄像头获得原始的视频信号 , 通过视频 编码器 , 将模拟视频数字化 , 并硬件压缩成 MPEG 24视 频数据 , 然后通过以太网接口或 W iFi 模块连接到 I n 2ternet; 监控客户端连接到计算机

6、网络上 , 获得从嵌入 式视频监控模块传过来的 MPEG 24视频数据进行解 码 , 授权用户直接通过 I E 浏览器或者下载专用软件即 可观看摄像机的视频图像 , 还可以对系统进行配置 。 该系统支持多个客户端同时监控 , 并且支持单个客户 端同时收看多达 16个不同的监控画面 , 用户对每一个 画面都能进行单独操作 。2 软件实现2. 1 软件架构该系统的软件结构可分为网络摄像服务端 、 客户监控端和传输信道 3部分 。 由远程客户监控端通过传 输信道向网络摄像服务端发送控制信息 , 并且接受服 务器端的反馈信息和媒体数据 。 其软件结构见图 1。57 第 34卷第 9期 2008年 9月

7、 电 子 工 程 师 E LECTRON I C E NGI N EER Vol. 34No . 9Sep. 2008 图 1 I PCA M 软件结构网络摄像服务端主要功能有 :提供配置接口 , 支持多路 模拟音视频输入 , 对其进行采样 和压 缩编码 ; 通 过 LAN /WAN/I nternet 向远程客户端传送音视频编码数 据和通知控制命令 , 反馈服务器端消息 ; 图像运动检测 并向客户端发送报警信号 ; 内置嵌入式 W eb 服务器 , 设置网络摄像机的网络和音视频信息 。远程客户监控端的主要功能有 :控制和配置服务 器端 , 并且接收媒体数据和通知消息 ; 通过网络向网络 摄像

8、机发送控制命令 , 包括与网络摄像机要求建立连 接 , 调节图像参数等 ; 视频编码数据 , 解码播放 , ; 报警信号 , ; 。 基于 W indows 浏览 器的监控终端 、 操作系统的单路 /多路监 控终端 、 基于 W inCE 的嵌入式监控终端 。传输信道分为控制通道和媒体通道 2部分 。其 中 , 控制通道传输音视频控制信息 , 比如客户端获取服 务器端的媒体类型 、 客户端设置服务器端的相关音视 频属性等 ; 媒体通道是由服务器端传输大量的音视频 数据给客户端 , 比如一帧一帧的视频数据 。在服务器 端和客户端 , 大量的音视频数据是通过 TCP /I P 网络 协议传输的 ,

9、 运输层协议采用的是注重数据传输实时 性的 RTP, 此协议提供的服务包括时间载量标识 、 数据 序列 、 时戳 、 传输控制等 , 用于 I nternet 上针对多媒体 数据 流 的 一 种 实 时 交 互 应 用 的 传 输 协 议 , RTP 与 RTCP 一起得到数据传输的一些相关的控制信息 , 一 起提供流量控制和拥塞控制服务 , 用于传输通用格式 , 其目的是提供时间信息和实现流同步 。 RTP 和 RT CP 配合使用 , 能以有效的反馈和最小的开销使传输效率 最佳化 , 因而特别适合传送网上的实时数据 。 2. 2 服务器端软件网络摄像服务器端分为媒体服务器和远程控制服 务器

10、 2部分 。 远程控制服务器负责接收控制命令 , 反 馈服务器状态 , 并进行网络配置 ; 媒体服务器负责处理 和传输媒体数据 。 具体软件结构图如图 2所示 。媒体服务器提供 N 个媒体源 , 每个媒体源赋予唯 一的整数编号 , 编号取值为 0N -1。客户端可以接收从媒体服务器传来的媒体数据 , 但是不可以直接对 媒体服务器进行配置 。 客户端只能通过远程控制服务 器对媒体服务器进行配置 , 如果客户端不需要对媒体 服务器进行控制 , 甚至都可以不与远程控制服务器进 行通话 , 而是直接从媒体服务器接收数据 。图 2 服务器端软件结构进行交互 , 。 远程控制服务 T CP , 服务器 ,

11、 即会回复一个反馈命令包 。除 了命令和反馈之外 , 服务器端还会不定期发出通知消 息命令包 , 对这些通知消息 , 客户端无需进行应答 。 其 中 , 查询过程和反馈过程基于 UDP 的单播 /广播 /多播 技术 , 连接与数据交换过程基于 TCP 协议 。 2. 3 客户端软件这里重点介绍基于 W indows 的监控终端 , 可分为 基于 I E 浏览器和基于 W indows 系统 2种 。前者通过 服务器端提供的 W eb 应用接口 , 用 CGI 程序通过远程 管理器进行设备管理 , 并通过远程控制协议进行通信 , 然后通过应用 ActiveX 控件的 W eb 页面提交用户输入

12、数据到远端 W eb 服务 , 实现控制功能 , 这种基于网络 浏览器的方式重点考虑的是用户权限和安全问题 , 因 此 , 用户身份验证是一个很重要的环节 。后者应用微 软的 VC+工具开发 , 用户可直接下载使用 。其具体 软件结构如图 3所示 。VC+编写的基于 MFC 的多路监控客户端软件的 基本要求是要同时监控多个摄像服务器 , 设定是否运 动检测 , 当有报警产生时可以针对该服务器进行单独 处理 , 如进行录像拍照等 。 可实现 1/4/9/16画面的视 频监控 , 同时 , 为了观察方便还应支持单个的全屏显 示 、 当前时间同步等功能 。 其软件实现构架见图 4。多路监控软件的底层

13、是对各种显示界面的控制 , 如多路监控 、 单路监控及全屏显示 ; 上层是对客户端的 控制 , 比如控制显示窗口的大小 、 位置 、 录像控制等 。 其中 Client V ie wer 是整个系统的一个核心模块 , 它对67 计算机与自动化技术 电 子 工 程 师 2008年 9月 服务端中的一些 AP I 进行封装 , 主要对服务器传来的码流进行控制 、 解码等 , 然后通过它的子模块 Clien 2t Record 客户端录像控制模块来设置各种录像参数 , 保存录像文件 ; Client M anager 模块用于控制系统底层的 操作 , 同时向上层提供控制接口 。3 系统特点本网络视频

14、监控服务器具有以下特点 :a 将多对多的监控模式 、 网络传输 、 录像与播放 等功能集为一体 , 目前对于模拟阶段及第一代网络性 能不好的设备而言 , 本设计可以提供较低成本且实用 的多功能解决方案 。 b 摄像服务端即网络摄像机可以直接通过路由接入以太网 , 或利用 W iFi 技术接入无线网络 , 免去了 传统网络摄像头布线复杂的特点 , 也便于安装和移动 。c 通过网络技术实现只要能上网的地方就可以 进行监控 , 客户端采用配套的解码器还可以无需计算 机就能直接用 P DA 、 手机 、 P MP 等便携设备通过无线 网络监控 , 随时随地的监控模式给用户带来极大方便 。d 应用简单便

15、捷的运动检测功能和报警联动功 能可以方便用户对监控信息的保存和查看 。e 对网络浏览器用户采用用户密码管理 , 有效地 保护了监控信息 , 安全性能良好 。4 结束语本网络视频实时监控系统具有传统模拟输出系统 无可比拟的优势 , 用接口协议 , , 能够与未来全数字 、 、 、 。 从长 参 考 文 献1吕丽刚 , 谢晓竹 . 远程视频监控中的目标检测和多播传输J .微计算机信息 , 2007, 24(523 :3062307.2赵方鹏 , 杨建华 , 赵忠 , 等 . 基于嵌入式 L inux 的网络视频监控系统 J .测控技术 , 2007, 26(5 :55257.3何小海 , 王正勇

16、. 数字图像通信及其应用 M.成都 :四川大学出版社 , 2006.4康宗明 , 谢时根 , 谢攀 , 等 . 基于网络的嵌入式远程图像监控系统分析与设计 J .电视技术 , 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 , 硕士研究生 , 主要研究方向为水声通 信

17、 、 嵌入式系统和图像处理 。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