1  引言

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式處理器的飛速發(fā)展以及數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的迅速崛起，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)通信技術(shù)及圖像視頻壓縮為的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　針對(duì)交通路況和廣場(chǎng)樓宇監(jiān)控等視頻監(jiān)控特定環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序固化在FLASH芯片上，以保證其運(yùn)行穩(wěn)定性，將攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)經(jīng)過MPEG-4壓縮和打包后，通過其網(wǎng)絡(luò)通訊端口上傳到傳輸網(wǎng)絡(luò)。

　　2  系統(tǒng)介紹

　　2.1 系統(tǒng)功能描述

　　本系統(tǒng)用于移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，分為遠(yuǎn)端設(shè)備（移動(dòng)圖像監(jiān)視器）和近端設(shè)備（監(jiān)控中心）兩部分。遠(yuǎn)端設(shè)備可將監(jiān)控畫面（視頻/圖像）通過移動(dòng)公網(wǎng)、因特網(wǎng)傳至近端設(shè)備，即監(jiān)控中心。同時(shí)，監(jiān)控中心可以遠(yuǎn)程控制移動(dòng)圖像監(jiān)視器的工作方式，從而達(dá)到良好的監(jiān)控效果。遠(yuǎn)端和近端也可以不通過因特網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心的移動(dòng)化。

　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)基于Motorolai.MX系列處理器和MotorolaADS開發(fā)板，采用嵌入式Linux技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，遠(yuǎn)端和近端可以通過互聯(lián)網(wǎng)相連。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

　　2.2.1 系統(tǒng)各部分功能簡(jiǎn)介

　　（1）遠(yuǎn)端（移動(dòng)圖像監(jiān)視器）

　　整個(gè)遠(yuǎn)端部分以Motorolai.MX系列處理器和MotorolaADS開發(fā)板為，包括一個(gè)云臺(tái)控制器用于控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、攝像頭開/關(guān)和拍攝范圍，一個(gè)模擬視頻/JPEG轉(zhuǎn)換卡，一個(gè)云臺(tái)，以及一個(gè)置于云臺(tái)之上的攝像頭。

　　MotorolaADS開發(fā)板利用串口1（標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口）和網(wǎng)絡(luò)相連，將分配到的地址信息（IP地址和端口號(hào)）發(fā)送到服務(wù)器中，以供近端獲取該地址信息。同時(shí)，該端口也是遠(yuǎn)端和近端之間各種信息（包括視頻/圖像數(shù)據(jù)，控制信息）的傳輸通道。

　　MotorolaADS開發(fā)板的串口2則與視頻監(jiān)控部分相連。其中，云臺(tái)通過一個(gè)云臺(tái)控制器與ADS開發(fā)板相連。該控制器的功能就是負(fù)責(zé)控制云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，進(jìn)而控制攝像頭的拍攝方向以及控制攝像頭的開/關(guān)和拍攝范圍。置于云臺(tái)之上的攝像頭通過一個(gè)模擬視頻/JPEG轉(zhuǎn)換卡與ADS開發(fā)板的串口2相連，將輸入的PAL制式的模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻輸出。同時(shí)，也可以輸入控制信號(hào)，調(diào)整輸出數(shù)字視頻的幀率和分辨率[4]。

　　遠(yuǎn)端-ADS開發(fā)板的功能可分為兩部分。一部分是網(wǎng)絡(luò)功能，主要建立網(wǎng)絡(luò)連接，向攝像頭和視頻卡發(fā)出控制信號(hào)，和近段通信。另一部分可再分為兩個(gè)方面。一方面負(fù)責(zé)將收到的數(shù)字視頻流采用MPEG-4視頻格式壓縮[5-6]，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇恕DS開發(fā)板上還連有一個(gè)液晶屏。該液晶屏可直接顯示MPEG-4視頻。ADS開發(fā)板將近端發(fā)來的控制信號(hào)傳輸給視頻壓縮卡和云臺(tái)控制器。視頻壓縮卡控制信號(hào)中包括視頻的幀率控制信號(hào)和分辨率控制信號(hào)，云臺(tái)控制器信號(hào)中包括攝像頭拍攝范圍控制信號(hào)和云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)。同時(shí)，攝像頭的開/關(guān)控制信號(hào)由ADS板直接產(chǎn)生，該信號(hào)也輸入云臺(tái)控制器中。

　　（2）HTTP服務(wù)器

　　HTTP服務(wù)器用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)端的地址信息（IP地址和端口號(hào)），以供近端提取該地址信息；HTTP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)一個(gè)Web客戶端，通過該客戶端可查詢整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。

　　（3）近端（監(jiān)控中心）

　　整個(gè)近端由一臺(tái)PC機(jī)組成，包括一個(gè)控制模塊，一個(gè)視頻/圖像回顯模塊和一個(gè)視頻/圖像數(shù)據(jù)庫?？刂颇K的功能有：取得遠(yuǎn)端地址信息；與遠(yuǎn)端建立連接；向遠(yuǎn)端發(fā)送各種控制信號(hào)，包括發(fā)送接收視頻/圖像的控制信號(hào)，發(fā)送數(shù)字視頻分辨率和幀率的控制信號(hào)；發(fā)送云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)以及攝像頭拍攝范圍信號(hào)；控制視頻/圖像回顯模塊的工作。視頻/圖像回顯模塊則是在控制模塊的控制下按要求回顯收到的視頻/圖像數(shù)據(jù)。視頻/圖像數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理接收到的視頻/圖像數(shù)據(jù)，并按要求向視頻/圖像回顯模塊提供所需要的視頻/圖像數(shù)據(jù)。

　　3  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　3.1 硬件實(shí)現(xiàn)

　　云臺(tái)控制模塊主要包括ADS板上的串口2、云臺(tái)控制器、云臺(tái)以及云臺(tái)之上的攝像頭。

　　其硬件連接簡(jiǎn)圖如下。

圖2 云臺(tái)控制模塊各部分連接簡(jiǎn)圖

　　近端監(jiān)控中心的控制信號(hào)指令通過公網(wǎng)傳送到遠(yuǎn)端設(shè)備后，通過ADS板的串口2把指令傳送給云臺(tái)控制器，進(jìn)而控制攝像頭的方向及拍攝范圍調(diào)整等。

　　ADS板串口2和視頻卡的串口連接，負(fù)責(zé)傳輸各種信號(hào)和視頻流；視頻卡的模擬視頻信號(hào)輸入口與攝像頭的輸出口相連，負(fù)責(zé)將輸入的模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻。另外，ADS板串口2的GND端也與云臺(tái)控制器的GND端相連；用于傳輸云臺(tái)的控制信號(hào)。

　　云臺(tái)控制器由單片機(jī)構(gòu)成，云臺(tái)控制器有一個(gè)輸入端，用于接收由ADS板傳來的控制信號(hào)；共有八個(gè)輸出端，分別控制攝像頭和云臺(tái)。其中，兩個(gè)輸出端負(fù)責(zé)云臺(tái)的位置控制：

　　其中四個(gè)輸出端分別控制云臺(tái)的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，另一個(gè)負(fù)責(zé)控制云臺(tái)位置自動(dòng)變化。

　　3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　移動(dòng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)由PC機(jī)，MotorolaADS開發(fā)板，以及交叉編譯環(huán)境構(gòu)成。

　　以交叉編譯環(huán)境為媒介，可將Linux內(nèi)核及應(yīng)用程序燒寫入ADS板中，從而完成整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工作。而云臺(tái)控制模塊的軟件實(shí)現(xiàn)尤為重要，主要包括遠(yuǎn)端ADS板上串口2的軟件實(shí)現(xiàn)，以及云臺(tái)控制器單片機(jī)上的軟件實(shí)現(xiàn)。在遠(yuǎn)端設(shè)備初始化之后，即可由近端監(jiān)控中心發(fā)出控制信號(hào)控制遠(yuǎn)端設(shè)備做出相應(yīng)的響應(yīng)。本系統(tǒng)的開發(fā)流程如圖3所示。

圖3 Linux平臺(tái)開發(fā)流程

　　遠(yuǎn)端的軟件可分為四塊：

　　，網(wǎng)絡(luò)連接模塊。監(jiān)控終端調(diào)用NetConnetcion模塊，啟動(dòng)Chat和Pppd進(jìn)程完成網(wǎng)絡(luò)連接，正確連接到網(wǎng)絡(luò)。

　　第二，更新地址模塊。根據(jù)系統(tǒng)工作模式，更新相應(yīng)的地址信息。根據(jù)系統(tǒng)的工作模式，調(diào)用以下兩個(gè)程序。

　　主動(dòng)模式：調(diào)用GetServerList來得到服務(wù)器地址列表。

　　被動(dòng)模式：調(diào)用SendLocation，將監(jiān)控終端的IP地址和端口寫入地址列表文件。調(diào)用LocationGet從服務(wù)器上得到地址列表，更新列表信息（Add_list/Del_list），然后調(diào)用LocationSend將更新的地址列表發(fā)送到服務(wù)器中。

　　第三，服務(wù)模塊。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，啟動(dòng)相應(yīng)的服務(wù)模塊。

　　主動(dòng)模式：遠(yuǎn)端主動(dòng)連接監(jiān)控中心服務(wù)器，并依據(jù)設(shè)置啟動(dòng)相應(yīng)服務(wù)模塊。

　　被動(dòng)模式：監(jiān)控終端啟動(dòng)Http_Server模塊，用來接收監(jiān)控中心（遠(yuǎn)端）發(fā)來的命令，并根據(jù)接收到的命令分別調(diào)用相對(duì)應(yīng)的服務(wù)模塊：調(diào)用Send_Video模塊發(fā)送圖片，調(diào)用Ctrl模塊進(jìn)行控制，被動(dòng)模式主要用于網(wǎng)絡(luò)有端口可訪問，而監(jiān)控中心又沒有一個(gè)獨(dú)立的公網(wǎng)IP地址的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。采用被動(dòng)模式，可以使得監(jiān)控中心不必使用固定公網(wǎng)IP地址仍然可以正常進(jìn)行監(jiān)控。

　　第四，圖形用戶界面模塊。提供良好的圖形用戶界面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)測(cè)試，與正常運(yùn)行時(shí)的維護(hù)等功能。

　　4  系統(tǒng)測(cè)試

　　4.1 測(cè)試環(huán)境和測(cè)試設(shè)備

　　4.1.1 測(cè)試環(huán)境

　　（1）硬件環(huán)境

　　IBM筆記本電腦，ADS開發(fā)板，云臺(tái)控制器，SamSung模擬攝像頭

      （2）軟件環(huán)境

　　RedHat9.0，MicroSoftWindowsXP，MicroSoftVisualC++6.0，ARM-GCC4.1.2測(cè)試設(shè)備：

　　ADS開發(fā)板，云臺(tái)控制器，VC312視頻采集卡，PC機(jī)一臺(tái)4.2測(cè)試結(jié)果：

　　為了對(duì)本系統(tǒng)做一個(gè)完整和全面的測(cè)試，將測(cè)試過程分成幾個(gè)部分，分別對(duì)與云臺(tái)控制功能相關(guān)的模塊的進(jìn)行測(cè)試。

　　（1）通過網(wǎng)絡(luò)連接到Internet

　　網(wǎng)絡(luò)是傳輸數(shù)據(jù)的信道，直接影響到系統(tǒng)的性能，所以對(duì)它的接入成功率和數(shù)據(jù)傳輸速度做了全面的測(cè)試。

　　（2）云臺(tái)控制

　　監(jiān)控中心通過系統(tǒng)向遠(yuǎn)端發(fā)送云臺(tái)控制命令，從發(fā)出命令到云臺(tái)動(dòng)作，時(shí)延為兩秒。

　　可以正?？刂圃婆_(tái)的上下，左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以及攝像機(jī)拍攝范圍的調(diào)整。

　　5  結(jié)語

　　針對(duì)交通路況和廣場(chǎng)樓宇監(jiān)控等視頻監(jiān)控特定環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序固化在FLASH芯片上，以保證其運(yùn)行穩(wěn)定性，將攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)經(jīng)過MPEG-4壓縮和打包后，通過其網(wǎng)絡(luò)通訊端口上傳到傳輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)有效地減少了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)傳輸量和存儲(chǔ)量。