基于BS架構(gòu)的嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

杜通+劉思園+莊旭菲

摘 要：該課題研究了基于B/S架構(gòu)的現(xiàn)代主流網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提出了基于B/S架構(gòu)的嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式Linux平臺(tái)下，采用C++語言的QT-Embeded庫(kù)進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了客戶端跨平臺(tái)、免下載軟件、無需插件在瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控 HTTP 免插件 Linux V4L

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（b）-0001-02

Abstract：This paper studies the modern mainstream network video monitoring system based on B/S architecture， and puts forward the design scheme of embedded Linux network video monitoring system based on B/S architecture. The network video monitoring system is based on embedded Linux platform， using the QT-Embeded of C++ Language library for the development so as to realize the client cross-platform， free download software， no plug-ins to remote video monitoring in the browser.

Key Words：Video surveillance；HTTP；Free plug-in；Linux；V4L

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控采用模擬信號(hào)傳輸，利用電纜的方式將視頻信息傳輸?shù)讲榭丛O(shè)備，其具有傳輸距離短、視頻清晰度低以及可拓展性差的特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，攝像頭采集后的數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，依舊使用電纜的方式傳輸?shù)斤@示設(shè)備，采用微處理器處理后顯示到屏幕中。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比，其具有抗干擾性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，采用微處理器處理也增加了不少的可拓展性。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)被廣泛普及應(yīng)用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展升級(jí)成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以供用戶實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示，瀏覽器通過HTTP協(xié)議向ARM終端獲取HTML頁(yè)面。ARM終端服務(wù)器負(fù)責(zé)計(jì)算更新JPG文件序號(hào)，生成實(shí)時(shí)HTML頁(yè)面發(fā)送到瀏覽器端解析。在瀏覽器客戶端中JavaScript腳本利用與ARM服務(wù)器采集圖像相同的時(shí)間間隔計(jì)算最新的JPG文件序號(hào)，向服務(wù)器進(jìn)行發(fā)送下載請(qǐng)求和顯示。

Video4Linux（簡(jiǎn)稱V4L），是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)。服務(wù)器啟動(dòng)線程使用攝像頭利用V4L來采集視頻信息，將生成的JPG圖片按計(jì)算好的JPG序號(hào)保存到Y(jié)AFFS文件系統(tǒng)中。JPG序號(hào)由15位數(shù)字組成，假設(shè)每秒生成10幅圖片，那么數(shù)萬年也不會(huì)造成JPG序號(hào)重復(fù)的情況，系統(tǒng)斷電后程序依然會(huì)重新從零開始計(jì)數(shù)。由于ARM終端性能和網(wǎng)絡(luò)的限制性，每秒生成4張左右圖片比較適合。Flash內(nèi)存具有空間較小的特點(diǎn)，對(duì)于存放數(shù)量巨大的圖片會(huì)造成空間不夠的情況，系統(tǒng)采取刪除生成時(shí)間較長(zhǎng)，客戶端為保證實(shí)時(shí)性不再使用的圖片。ARM終端中生成、保存以及刪除文件等I/O操作需要大量時(shí)間，在控制時(shí)間時(shí)必須要把這些耗時(shí)操作考慮在內(nèi)。

主線程接受瀏覽器傳來的請(qǐng)求，如果請(qǐng)求不包含其他參數(shù)則默認(rèn)請(qǐng)求HTML頁(yè)面，如果指向JPG圖片，則在當(dāng)前文件系統(tǒng)中打開文件相應(yīng)客戶端請(qǐng)求，向客戶端傳輸該JPG圖片。

HTML的設(shè)計(jì)中瀏覽器緩存機(jī)制可能會(huì)造成圖片更新問題，瀏覽器在相同域名下請(qǐng)求相同文件時(shí)會(huì)優(yōu)先加載已緩存文件，所以在HTML文件頭中需要設(shè)置禁止緩存。瀏覽器加載文件需要保證在ARM終端生成文件后，而且每隔一定時(shí)間必須重新向ARM終端刷新頁(yè)面同步時(shí)間。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 攝像頭采集模塊

由于在攝像頭采集的過程中需要大量的I/O操作，而I/O操作需要大量的時(shí)間會(huì)影響到控制采集間隔，系統(tǒng)在這里的處理是通過比較兩次操作的時(shí)間。首先，利用V4L初始化函數(shù)設(shè)置采集圖片大小以及初始化攝像頭設(shè)備，記錄采集開始時(shí)間，生成圖片文件名并刪除超過50張的緩存，采集視頻信息保存到Y(jié)AFFS文件系統(tǒng)中，等待時(shí)間間隔大于300 ms，開始新一輪的采集。

2.2 WEB服務(wù)器模塊

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用HTTP1.1協(xié)議，直接利用底層Socket協(xié)議進(jìn)行TCP通信。如圖2WEB服務(wù)器流程圖所示，打開Socket套接字進(jìn)行端口監(jiān)聽，捕獲到從客戶端發(fā)來的請(qǐng)求后，分析參數(shù)后建立連接發(fā)送響應(yīng)，當(dāng)連接斷開后連接自動(dòng)關(guān)閉，結(jié)束該次連接。

2.3 網(wǎng)頁(yè)（客戶端）模塊

網(wǎng)頁(yè)模塊為客戶端瀏覽器提供了一個(gè)HTML文件進(jìn)行解析，瀏覽器從Web服務(wù)器中獲得實(shí)時(shí)HTML文件后，每300 ms從Web服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)視頻信息，每2分鐘重新向Web服務(wù)器獲取新的HTML文件來同步最新的文件序號(hào)。在HTML文件中需要設(shè)置禁止緩存的meta標(biāo)簽。

2.4 系統(tǒng)測(cè)試

在ARM終端采用動(dòng)態(tài)方式加載加載攝像頭驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)由QT-Embeded動(dòng)態(tài)編譯的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在瀏覽器輸入ARM終端的IP地址進(jìn)行訪問查看。如圖3測(cè)試截圖所示，左側(cè)為瀏覽器獲取到的視頻播放頁(yè)截圖，右側(cè)是被拍攝的實(shí)時(shí)時(shí)間，根據(jù)計(jì)算可以證明該系統(tǒng)的時(shí)間延遲大約在2 s以內(nèi)。在測(cè)試階段為了保證穩(wěn)定性，在實(shí)際使用和生產(chǎn)的過程中可以調(diào)整參數(shù)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，最佳可以達(dá)到1 s以內(nèi)。

3 結(jié)語

該文研究了基于B/S架構(gòu)的現(xiàn)代主流網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提出了基于B/S架構(gòu)的嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過C++語言QT-Embeded庫(kù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了客戶端跨平臺(tái)、免下載軟件、無需插件在瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

系統(tǒng)已經(jīng)在基于三星公司的S5PV210芯片，博創(chuàng)魔法師210套件上經(jīng)過驗(yàn)證，已應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及家庭安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)在實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中，圖像清晰、流暢，運(yùn)行良好。系統(tǒng)還可以集成在現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，現(xiàn)有設(shè)備只需改動(dòng)少量代碼即可將視頻服務(wù)器集成到ARM終端中，供瀏覽器遠(yuǎn)程觀看家庭實(shí)時(shí)情況。

參考文獻(xiàn)

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