視頻監控系統中云臺控制模塊的設計與實現

張秋林，夏靖波，邱 婧，胡 圖

(空軍工程大學 電訊工程學院，陜西 西安710077)

隨著多媒體技術和網絡通信技術的迅速發展，視頻監控技術在國民生產生活的各個領域得到了廣泛應用。而云臺控制系統的出現為增加視頻監控系統的監控范圍、提高攝像頭的監控效率起到了巨大作用。對于云臺控制系統，參考文獻[1]提出了基于DSP芯片的云臺控制系統，參考文獻[2]提出了在 Visual C++編程中利用ActiveX控件實現云臺控制的方案。但是，這些方案由于沒有現成的開發工具支持，開發周期長、成本高且開發出來的系統在網絡環境不佳時，運行不夠穩定。針對這種情況，以及ARM11微處理器具有優異的多媒體數據處理能力和高度智能化的特點，本文提出了運用Net-SNMP開發工具，通過在嵌入式ARM11平臺上移植SNMP代理的方法實現IP網上云臺的遠程控制方案。

1 基于ARM11的嵌入式視頻監控系統

如圖1所示為典型的嵌入式視頻監控系統[3]，S3C6410處理器通過控制外圍設備進行視頻采集，并將壓縮編碼后的信號發送給監控終端。同時，嵌入式處理器通過網卡接收監控終端發送過來的云臺控制命令，按照云臺控制協議將其解碼并通過RS485端口發送給云臺，實現對云臺的控制功能。

2 系統硬件設計

基于SNMP和ARM11的云臺控制系統的硬件部分由主控制板模塊、云臺模塊和傳輸模塊組成。

系統硬件部分主要包括：微處理器及存儲電路模塊、電源時鐘模塊、網卡模塊和外圍接口電路模塊等[3]。DM9000網卡用于從IP網接收遠程控制命令；RS485串口用于微處理器與云臺之間的通信。Flash用于存儲各種固化程序；SDRAM用于系統運行時程序的存取；串口RS232用于打印輸出信息和程序的調試。

2.1 主控制板模塊

主控制板模塊(即核心控制器)S3C6410是三星公司基于ARM1176JZF-S內核構建的高性能多媒體應用微處理器，由于其內部集成了硬件編解碼單元MFC，使其在多媒體信號處理上大大優于早期的同類產品。S3C6410內部結構復雜，其內部集成有1個LCD控制器、SDRAM控制器、NAND Flash控制器、I2C總線接口和看門狗計數器等。完善的外設和667 MHz的運行頻率，使S3C6410處理器很適用于智能控制系統的開發。

2.2 云臺模塊

云臺是一種安裝在攝像機支撐物上的工作臺，用于支撐攝像機以實現水平和垂直運動等輔助功能。一般云臺攝像機內置有解碼器，遵循云臺控制標準協議，根據外部控制信號可以對其實現控制。本系統采用3030WQ型云臺和PELCO-D云臺協議。其云臺協議如表1所示，系統硬件架構如圖2所示。

云臺數據格式為：1位起始位、8位數據位、1位停止位，無效驗位。波特率為2 400 B/s。

云臺的停止、左、右、上、下命令分別對應：0xff，0x01，0x00，0x00，0x00，0x00，0x01；0xff，0x01，0x00，0x04，0xff，0x00，0x04；0xff，0x01，0x00，0x02，0xff，0x00，0x02；0xff，0x01，0x00，0x08，0x00，0xff，0x08；0xff，0x01，0x00，0x10，0x00，0xff，0x10（這里的地址碼均設為 0x01）。

3 軟件設計

軟件設計包括嵌入式系統構建和應用軟件兩部分[4]。嵌入式系統部分按照華恒科技S3C6410用戶手冊構建，其包括了引導程序(Bootloader)、Linux內核、驅動等，軟件框圖如圖3所示。

Bootloader、Linux 內 核 和設備驅動程序形成基本的嵌入式運行環境，應用層軟件snmpd為SNMP代理軟件，負責接收、解碼控制命令，并將解碼后的命令通過串口RS485發送到云臺模塊，實現對云臺運動方向的控制。

3.1 Linux2.6.21操作系統定制

本系統采用開放源代碼的嵌入式Linux2.6.21作為操作系統。首先對Linux內核進行裁剪，保留本系統所需的 NAND Sevice Support、UDP協議以及串口支持、套接字、NFS文件系統等。裁剪包括并口支持、USB口支持、WLAN協議支持、SD卡支持等驅動模塊。將裁剪后的內核通過交叉編譯器編譯即可得到ARM處理器能夠運行的文件。然后再將鏡像文件通過Bootloader下載到目標板的Dataflash中。

3.2 應用程序snmpd的開發

3.2.1 Agent開發環境的建立

由于嵌入式Linux系統的資源有限，不可能在其上運行開發和調試工具，因此，采用“宿主機即目標機”的開發形式。宿主機和目標機通過串口與網口連接。宿主機是安裝了Linux系統的PC機，在宿主機上建立交叉編譯環境，程序在宿主機上進行編譯，然后通過交叉編譯工具得到在嵌入式操作系統上運行的可執行文件。本系統采用Linux2.6.21版本作為PC機的操作系統，編譯器選用Arm-linux-gcc3.4.1版本，以Net-snmp v5.4.2作為開發工具，目標機CPU為ARM11微處理器。

3.2.2 MIB庫的擴展

開發環境建立后，就可以進行SNMP代理軟件的開發。依據Net-SNMP開發文檔，要在SNMP代理中實現自定義的功能（云臺控制）就需要對其MIB庫進行相應的擴展。MIB文件的編寫要遵循SNMP協議中SMI部分的要求[5-6]。下面是本文編寫的實現云臺控制功能的MIB庫文件，本文將其命名為S3C6410.txt。

表1 PELCO-D協議命令格式

MIB 文件 S3C6410.txt描述了 0、1、2、3、4 分別代表的涵義。即，當SNMP代理軟件（snmpd）接收到了控制端發送過來的 0、1、2、3、4信息時， 分別將其解釋為 stop、left、right、up、down 命令。

3.2.3 C代碼（框架）的自動生成和自定義功能的加入

按照SMI規范編寫好MIB庫文件后，將MIB文件放在usr/local/share/snmp/mibs/目錄下面，并用 Net-SNMP自帶的mib2c工具生成相應的C文件S3C6410.c和S3C6410.h；然后將這兩個C文件拷貝到net-snmp.5.4.2/agent/mibgroup/examples/目錄下，并在生成的 S3C6410.c模板上添加需要的功能[7]。下面是主要添加和修改的部分。

(1)依據PELCO-D云臺協議定義一維字符型數組stop、left、right、up、down。當 SNMP 代理接收到 stop、left等命令時，就可以按照下面的定義將命令翻譯成云臺模塊可以識別的碼流。

(2)打開串口并設置串口參數，SNMP代理通過串口控制云臺轉動。

當 snmpd接收到 0、1、2…時，分別向串口寫入 stop、left、right…命令。

3.2.4 snmpd的編譯、配置和移植

(1)在 net-snmp-5.4.2.1目錄下使用 CC=arm-nonelinux-gnueabi-gcc./configure--build=i386-linux--host=arm-none-linux-gnueabi--enable-mini-agent--disableipv6--with-endianness=little--disable-manuals--disable-ucd-snmp-compatibility--enable-as-needed--disable-embedded-perl--without-perl-modules--disablesnmptrapd-subagent--disable-applications --disablescripts--with-mib-modules="S3C6410"命令進行配置編譯選項，這里可以添加需要或者去掉一些不需要的選項。配置完成后使用make install命令進行編譯、安裝。編譯得到的snmpd比較大，但可用arm-linux-strip snmpd進行處理即可得到需要的snmpd文件。

(2)snmpd.conf文件的配置。配置文件用于存放代理進程所需的配置信息。代理進程在初始化時訪問該文件：讀取所需的參數、地址以及啟動運行及進入循環后讀寫SNMP報文所需的其他信息。下面是本設計中縮減后的SNMP代理配置文件內容：

為了便于測試，可以將組設置為可讀寫，如：group MyRWGroup v2c mynetwork。

(3)移植到目標開發板。將snmpd和修改后的snmpd.conf文件移到宿主機的Windows下。啟動目標板，將snmpd文件上傳到目標板/usr/sbin目錄下(需要將訪問權限更改為可執行)，將snmpd.conf文件上傳到/usr/local/share/snmp/下(不存在的目錄先要創建)。然后就可以啟動snmpd了。

4 系統測試

測試環境為：內線速率為 10 Mb/s的局域網Intranet；控制終端采用戴爾 Vostro230型 PC機（主頻 2.7 GHz，內存 2 GB，Windows XP 操作系統，IP 地址：24.84.58.129）。為了方便測試，控制軟件采用ManageEngine-MibBrowser軟件，ARM11板IP地址設為 24.84.58.224。

在系統搭建完成后，啟動ARM板，同時在控制端PC機上打開ManageEngine-MibBrowser軟件，并加載MIB文件。設置好相關參數后，向ARM板分別發送控制命令1（左）、2（右）、3（上）、4（下）、0（停止）。

實驗表明，該方案能夠在IP網絡上穩定可靠地實現對云臺的遠程控制功能，效果非常好。

本文將先進的嵌入式技術與SNMP協議相結合，通過MIB擴展和SNMP移植，成功地在ARM11平臺上實現了對云臺的遠程控制，并給出了運用Net-SNMP工具實現云臺控制功能的詳細方法。該方案不僅新穎，而且穩定可靠，開發周期短，具有很高的市場應用價值。目前，該方案已在某單位網絡管理系統的視頻監控模塊中得到運用。

[1]權立偉，石江宏，薛財鋒.IP視頻監控系統中云臺控制模塊的設計與實現[J].電子技術應用，2006(11)：86-88.

[2]豐洪才，鄧華來，劉年波.用ActiveX控件實現對云臺和鏡頭的遠程控制[J].計算機應用研究，2004，30(6)：234-236.

[3]馮麗芳，孫俊，周俊華，等.基于 ARM9的網絡視頻監控系統實現[J].電力自動化設備，2006，26(10)：95-98.

[4]郭巧云，許雪梅，李岸，等.基于 ARMl l的無線視頻監控系統的設計[J].計算機測量與控制，2010，18(8)：1786-1789.

[5]尼秀明，徐佩霞，徐佩霞.SNMP擴展代理的快速實現及擴展技巧[J].計算計工程，2002，28(9)：124-126.

[6]陳娟，崔燦，凌云，等.SNMP擴展代理的實現[J].計算機工程，2005，31(13)：231-233.

[7]黃俊飛，廖建新.Tru64 UNIX中SNMP的實現與擴展[J].計算機工程與應用，2003(5)：169-171.